Sieć radarów POLRAD – charakterystyka i znaczenie dla pilotów

Zbudowany i eksploatowany przez IMGW-PIB system radarów meteorologicznych POLRAD jest potężnym narzędziem o wielorakich możliwościach wykorzystania w zakresie pomiaru i prezentacji bieżącego stanu atmosfery nad Polską. Jednak nie wszyscy piloci są jeszcze w pełni świadomi jego możliwości i zalet płynących z przekazywanych danych. Celem wyjaśnienia wątpliwości i przybliżenia zagadnień związanych z działalnością systemu, o jego scharakteryzowanie poprosiliśmy Szefa Wydziału Teledetekcji Naziemnej IMGW-PIB Rafała Lewandowskiego. Poniżej opracowanie zestawu wybranych kluczowych zagadnień.

Sieć radarów POLRAD – stan obecny

W chwili obecnej sieć radarów meteorologicznych składa się z 8 radarów zlokalizowanych w Legionowie, Rzeszowie, Brzuchani (koło Miechowa), Ramży (koło Rybika), Pastewniku (koło Bolkowa), Poznaniu, Świdwinie i Gdańsku. 6 radarów zostało uruchomione w latach 2002-2004, a radary w Pastewniku i Ramży w latach 2009-2010. Wszystkie radary pracują w paśmie C- tj. na częstotliwościach około 6.5 GHz. Radary w Pastewniku, Ramży i Rzeszowie (modernizacja w roku 2015) posiadają funkcjonalność pomiarów w podwójnej polaryzacji. Oznacza to możliwość pomiarów rozmiarów hydrometeorów zarówno w płaszczyźnie horyzontalnej (standardowe pomiary wykonywane przez radary meteorologiczne) jak i pionowej. Znajomość rozmiarów obu wielkości pozwala na rozróżnianie typu opadu (deszcz, śnieg, grad, suchy śnieg itp.) w oparciu jedynie o dane radarowe.

Wszystkie radary pracują w bardzo zbliżonym trybie (strategii skanowania). O czasie t=00 rozpoczyna się pierwsza część obserwacji. Jest to tzw. skan klasyczny. Prze około 4,5 minuty radar wykonuje 10 obrotów na różnych elewacjach uzyskując dane o sytuacji „opadowej” oraz momenty podwójnej polaryzacji (dla radarów wyposażonych w tą funkcjonalność) w promieniu 250 km od radaru. Po zakończeniu tej części obserwacji rozpoczynają się pomiary w trybie dopplerowskim. W tym trybie poza danymi opadowymi mierzone są prędkość i kierunek przemieszczania się stref opadowych oraz szerokość widma radarowego. Ze względu na konieczność zachowania wysokiego stopnia korelacji pozyskiwanych danych skan ten ograniczony jest do zasięgu 125 km. Cały cykl pomiarowy trwa 10 minut. W tym czasie pozyskujemy komplet danych radarowych dla większości terytorium Polski z rozdzielczością około 1 km. Z pozyskanych danych surowych, które są następnie transmitowane do siedziby IMGW-PIB w Warszawie, tworzy się średnio około 30 różnych produktów dla każdego radaru. I tak 144 razy dziennie 365 dni w roku.

Białe plamy pokrycia na obszarze Polski - ile powinno być ustawionych radarów, żeby pokryły one w pełni terytorium naszego kraju i zapewniły najlepszy dostęp do danych?

To zależy czego oczekujemy od sieci radarowej. IMGW-PIB czyni starania związane z pozyskaniem środków na budowę radaru w okolicach Mrągowa. Obecnie brak jest jednak konkretnych dat realizacji inwestycji, jako, że jest ona wieloetapowa i czasochłonna.

Po zakończeniu realizacji budowy stacji radarowych na Górze Św. Anny oraz w okolicach Mrągowa, szczególnie ze względu na pomiary dopplerowskie oraz budowę Centralnego Portu Lotniczego pożądany byłby jeszcze jeden radar w Polsce Centralnej zlokalizowany na linii Łódź –Toruń.

Czy radar meteorologiczny wykrywa wszystkie niebezpieczne zjawiska meteorologiczne?

Niestety nie. Radar ma dwa główne ograniczenia. Pierwsze wiąże się z koniecznością wytępienia w atmosferze obiektu (hydrometeora) od którego odbije się wiązka elektromagnetyczna. Oznacza to, że detekcja np. turbulencji możliwa jest jedynie w obszarach opadów. Nie jesteśmy w stanie jej wykryć przy czystym niebie. Drugim ograniczeniem jest kulistość ziemi i wznoszenie się wiązki radarowej. Nie ma to wielkiego znaczenia przy małych odległościach, ale przy zasięgu 250 km dół wiązki znajduje się już kilka kilometrów nad ziemią. Nie jesteśmy w stanie zmierzyć tego co jest poniżej. Oczywiście groźne zjawiska związane z konwekcją są wykrywane, ponieważ sięgają dużo wyżej, ale zjawisk występujących tylko w niskich partiach atmosfery możemy nie wykryć.

Od czego w największym stopniu zależy jego skuteczność?

Od braku zakłóceń, a w drugiej kolejności od odległości obiektu meteo od radaru. Szczególnie zakłócenia WIFI są naszą zmorą, ponieważ są doskonale widoczne w postaci prostych linii rozchodzących się od radaru, walka z nimi jest żmudna, długa i trudna a jakość danych bardzo na tym cierpi. Bardzo duże znaczenie ma serwis i właściwa kalibracja radarów, ciągły monitoring i analiza danych i parametrów radaru.


Rozmieszczenie radarów sieci POLRAD (mniejsze okręgi obrazują zasięg pomiaru wiatru). Radary: Pastewnik, Ramża i Rzeszów pracują z falą podwójnie spolaryzowaną

Czy radar może przekazywać błędne dane. Jaka jest ich przyczyna?

Niestety może. Temat jest dość obszerny, a my wciąż pracujemy na doskonaleniem jakości danych ale najważniejsze to: proste linie rozchodzące się od radaru to prawdopodobnie zakłócenia WI-FI. Niewielkie obszary nieruchomych pikseli o różnych wartościach mogą być echami turbin wiatrowych. W przypadku bardzo intensywnych opadów wiązka elektromagnetyczna radarów jest tłumiona, więc opady występujące za nią (patrząc od strony radaru) mogą mieć wartości niższe od rzeczywistych.

Jakie najczęściej błędy popełniają piloci przy interpretacji zobrazowania radarowego?

Naprawdę ubolewam nad tym, że bezpośrednia interakcja ze środowiskiem pilotów jest niewielka. Z tego względu naprawdę nie wiem jakie błędy popełniają piloci, ponieważ nie mieliśmy okazji wspólnych analiz spornych przypadków. Prowadziliśmy oczywiście szkolenia zarówno dla pilotów jak i kontrolerów ruchu lotniczego, ale nie odnotowaliśmy przypadków błędnych interpretacji danych – może dlatego, że szkolenia przygotowały uczestników na każdą ewentualność.

Czy obecnie istniejące radary można rozbudować o kolejne funkcje?

Technika radarowa rozwija się bardzo szybko szczególnie w zakresie pozyskiwania i przetwarzania sygnału. Nasze radary można wyposażyć w nowe systemy odbiorcze i funkcjonalność pomiarów w podwójnej polaryzacji, ale ze względu na ich wiek bardziej logiczne niż modernizacje wybranych podzespołów była by wymiana na nowe urządzenia.

Na ile polskie radary są nowoczesne w stosunku do tych wykorzystywanych przez naszych sąsiadów?

Aktualnie radary w Polsce są w różnym wieku. Te najnowsze są na najwyższym światowym poziomie.

Jakich nowych technologii radarowych możemy się spodziewać w przyszłości?

Dalszy postęp w technologii odbioru i przetwarzania sygnału, doskonalenie technologii podwójnej polaryzacji i radary z nadajnikiem półprzewodnikowym. Niestety budżety służb meteorologicznych są mocno ograniczone, a nie wszystko, co wygląda pięknie w teorii da się później przełożyć na system, na który stać byłoby Instytut badawczy.

Co piloci powinni wiedzieć o radarach sieci POLRAD?

Powinni wiedzieć i wierzę, ze tak jest, że sieć radarów meteorologicznych POLRAD pracuje operacyjnie i dane są na bieżąco zamieszczane na naszych stronach internetowych www.pogodynka.pl. Warto zapoznać się z ofertą dostępnych produktów i korzystać z nich przed każdym lotem. Warto wiedzieć, że sama możliwość animacji danych może pomóc nie tylko w analizie bieżącej sytuacji, ale również dać wyobrażenie co będzie się działo za 1 lub 2 godziny. Przede wszystkim nie należy lekceważyć rejonów gdzie radar wskazuje duże wartości odbiciowości bo sytuacja w atmosferze w tych obszarach może być bardzo groźna.


Przykładowa mapa zbiorcza COMPO_CMAX - obraz  maksymalnych odbiciowości z wszystkich pracujących w sieci radarów

Sieć radarów meteorologicznych IMGW-PIB POLRAD - ogólna charakterystyka

Radar meteorologiczny jest mikrofalowym urządzeniem telemetrycznym (tj. wykorzystującym fale elektromagnetyczne do pomiaru na odległość) umożliwiającym pomiar opadu i wiatru. Oprzyrządowanie radarowe jest zlokalizowane na wysokich wieżach, a wszystkie osiem stacji radarowych połączone są w sieć.

Maksymalny zasięg pomiaru dla każdej ze stacji to 250 km w przypadku pomiaru opadu i 125 km w przypadku pomiaru wiatru. Pomiary i mapy wykonywane są co 10 min w cyklu całodobowym.

Sposób sondowania atmosfery, jaki jest stosowany w systemie umożliwia analizę pozyskanej informacji pod wieloma aspektami, co skutkuje możliwościami wygenerowania dużej gamy produktów; map, wykresów, diagramów niosących informację o różnych stanach i parametrach atmosfery w obszarze pozyskanego echa radarowego. Prezentowane w opracowaniu podstawowe produkty systemu są wynikami analiz pozyskanej informacji. Podstawowa rozdzielczość map wynosi 1 km2 i może być mniejsza.

Część produktów radarowych generowana jest w systemie pracy operacyjnej. W ramach systemu mogą być wytwarzane także produkty dodatkowe, standardowo nie generowane, a wykorzystywane do uzupełnienia lub wzbogacenia pozyskanej informacji.


Zainteresowanym szczegółami dotyczącymi opisu dowolnego z wymienionych produktów IMGW poleca opracowanie pt. "Charakterystyka produktów radarowych" (dostępne w Internecie na stronach www.imgw.pl)