เรดาร์ตรวจอากาศ

เรดาร์ที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตุนิยมวิทยา คำว่า RADAR เป็นคำย่อของวลีภาษาอังกฤษ RAdio Detecting And Ranging (การตรวจจับและวัดระยะด้วยคลื่นวิทยุ) แม้ว่าในตอนแรกจะเขียนเป็นตัวย่อด้วยอักษรตัวพิมพ์ใหญ่ แต่ค่อย ๆ ถูกผนวกเข้าสู่ภาษาในฐานะคำสามัญ (radar) ในลักษณะคล้ายกับที่กำลังเกิดขึ้นกับคำว่า DANA (dana) เครื่องมือนี้เริ่มถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการทหารในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง หลังจากได้รับการพัฒนาในปีก่อนหน้านั้น ด้วยความช่วยเหลือจากนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรหลากหลายสัญชาติ อากาศยานทางการทหารเริ่มติดตั้งเรดาร์ ซึ่งนอกจากจะระบุตำแหน่งของอากาศยานฝ่ายศัตรูแล้ว ยังตรวจจับสัญญาณที่มาจากปรากฏการณ์อุตุนิยมที่มีอยู่ในอากาศได้ด้วย เมื่อความขัดแย้งทางทหารสิ้นสุดลง นักวิทยาศาสตร์บางคนที่ทำงานให้กับกองทัพสหรัฐฯ เริ่มพัฒนาการประยุกต์ใช้ในเชิงพลเรือนที่เป็นไปได้ของสัญญาณเรดาร์เหล่านั้น ตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา เครือข่ายเรดาร์แรก ๆ ซึ่งดูแลโดยหน่วยงานอุตุนิยมวิทยาต่าง ๆ เริ่มถูกจัดตั้งขึ้น ตลอดหลายปีที่ผ่านมา เรดาร์ตรวจอากาศได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัย ทำให้สามารถได้ภาพสามมิติขององค์ประกอบที่ก่อให้เกิดหยาดน้ำฟ้าซึ่งมีอยู่ในบรรยากาศ อุปกรณ์บางชนิดยังช่วยให้สามารถอนุมานความเร็วในการเคลื่อนที่ของหยดน้ำและลูกเห็บเทียบกับตำแหน่งคงที่ของเรดาร์ได้ (เรดาร์ดอปเปลอร์) เรดาร์เป็นเครื่องมือที่ผ่านเสาอากาศหมุน จะปล่อยคลื่นไมโครเวฟเป็นชุดพัลส์ไปในทุกทิศทาง โดยทำการสแกนที่ระดับความสูงต่าง ๆ ครอบคลุม 360 องศารอบตัวมันเอง มันทำงานในช่วงความยาวคลื่นระหว่าง 1 ถึง 30 เซนติเมตร สัญญาณที่ปล่อยออกมา (ลำคลื่นไมโครเวฟแคบ ๆ ดังกล่าว) ถูกส่งออกด้วยกำลังหลายเมกะวัตต์ ผ่านชุดพัลส์ต่อเนื่องที่แยกจากกันด้วยเวลาไม่กี่ไมโครวินาที เมื่อลำคลื่นเหล่านี้สกัดกั้นหยดน้ำและลูกเห็บระหว่างทางผ่านบรรยากาศ พวกมันจะกระเจิงไปในทุกทิศทาง โดยส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับไปยังเรดาร์ ซึ่งถูกจับโดยเครื่องรับสัญญาณ เวลาที่ผ่านไประหว่างการปล่อยและการรับสัญญาณแต่ละพัลส์ทำให้สามารถกำหนดระยะทางที่เป้าหมายตั้งอยู่ได้ ข้อมูลที่ได้รับ ซึ่งมาจากสัญญาณสะท้อนกลับทั้งหมดที่เครื่องมือตรวจจับได้ จะถูกประมวลผลและแปลงเป็นภาพที่ช่วยให้มองเห็นการกระจายตัวเชิงพื้นที่ - รอบตำแหน่งของเรดาร์ - ของพื้นที่ที่ก่อให้เกิดสัญญาณสะท้อน (echo) เรดาร์ไม่ได้วัดความรุนแรงของหยาดน้ำฟ้าโดยตรง แม้ว่าภาพเหล่านั้นอาจดูเหมือนจะบ่งบอกเป็นอย่างอื่นก็ตาม สัญญาณสะท้อนปลอมมักเกิดขึ้นบ่อยครั้ง ซึ่งนักพยากรณ์อากาศต้องรู้วิธีแยกแยะ แหล่งที่มาของความคลาดเคลื่อนสามารถมีได้หลากหลายชนิดที่สุด ตั้งแต่ความล้มเหลวในการปรับเทียบเครื่องมือ ไปจนถึงการมีสิ่งกีดขวาง (แม้ว่าเรดาร์มักถูกวางไว้ในสถานที่ภูมิประเทศที่สูง โดยมีขอบฟ้าที่ปลอดโปร่ง) หรือแม้แต่การประเมินหยาดน้ำฟ้าสูงเกินจริงในสัญญาณสะท้อนบางรายการ มีการใช้มาตราส่วนสีในภาพเรดาร์ โดยทั่วไป สีน้ำเงินและสีเขียวจะถูกกำหนดให้กับสัญญาณสะท้อนที่อ่อนที่สุด (ซึ่งตรงกับหยดน้ำขนาดเล็ก) และสีแดงและสีม่วงแดงสำหรับสัญญาณสะท้อนกลับที่แรงที่สุด (ลูกเห็บและหยดน้ำขนาดใหญ่) แต่ละสีแสดงถึงระดับของค่าการสะท้อนกลับ (reflectivity) ซึ่งทั้งหมดวัดเป็นหน่วยเดซิเบล (dBZ)