Sekilas tentang Radar Cuaca

Radar Cuaca

Teknologi radar telah digunakan sejak perang dunia II ketika pejuang militer melacak pesawat dan kapal musuh mengetahui bahwa presipitasi (hujan) juga muncul di dalam tampilan radar. Setelah berakhirnya perang, teknologi radar semakin maju, para ilmuan mulai menggunakan radar untuk belajar dan mengamati keadaan cuaca.

Gambaran mengenai radar

        Radar cuaca berkerja dengan cara memancarkan getaran dari gelombang elektromagnetik energi pada frekuensi microwave ke dalam atmosfer. Saat getaran ini mengenai objek, beberapa energi elektromagnetic terhambur kembali ke radar. Hal ini sering disebut “pantulan kembali”, dan ini adalah dimana “Reflectivity” berasal. Reflectivity adalah tingkat efiensi target yang menangkap dan mengembalikan energi dari radar, hal ini tergantung pada bentuk fisik dari target, seperti ukuran, bentuk, komposisi, dll.

          Energy yang dikembalikan ke radar akan dianalisis oleh komputer untuk mengetahui lokasi dan intensitas dari precipitasi, dan informasi tentang arah dan kecepatan angin. Informasi ini kemudian digambarkan dalam tampilan radar.

Tampilan Radar

 

 Macam-macam Radar

         Terdapat banyak jenis radar yang digunakan untuk mendeteksi presipitasi dan kondisi cuaca lainnya. Jenis yang paling umum digunakan di USA adalah Pulse radar yang dibuat oleh National Weather Service’s NEXRAD ( NEXt generation RADar ) WRS-88D System. Selain itu, ada pula jenis Phase-Array radar yang jarang dipakai namun lebih canggih digunakan untuk militer dan juga penelitian atmosfer.

Radar Tipe WSR-88D

        Radar jenis NEXRAD WSR-88D memiliki antena pada sudut yang kecil, mengirim getaran setiap detik, kemudian menerima kembali energy atau hamburan energi dari objek. Kemudian radar berputar kembali dan mengulangi proses ini. Setiap selesai satu kali putaran, sudut elevasi antena pada radar akan bertambah dan proses akan diulangi kembali dengan sudut yang lebih besar. Radar ini mengirimkan dan menerima gelombang dengan sangat cepat sehingga dapat menscan seluruh area atmosfer di dekatnya sekitar 5 menit.

            National Weather Service sekarang ini telah meningkatkan gelombang radar menjadi dual-polarisasi radar. Radar jenis WSR-88D memancarkan dan menerima gelombang yang memiliki gerak horizontal. Dual-polarisasi radar juga mengirimkan dan menerima data dalam arah vertikal, sehingga menyediakan gambar lengkap dari target di atmosfer.

  

Teknologi ini memungkinkan forcaster untuk :

      -          Mengidentifikasi target yang bukan termasuk cuaca dengan mudah

      -          Membedakan hujan, salju, dan salju yang meleleh

-          Mendeteksi kapan Hail (es) terjadi pada Badai 

Phase-Array Radar

Phase-array Radar tidak memiliki antena yang berputar seperti pada WSR-88D dan justru langsung memancarkan getaran elektomagnet melalui banyak antena kecil.  Sebagian besar memiliki kapasitas dual-polarisasi yang bagus. Tipe radar ini sepertinya akan menggantikan jenis radar WSR-88D pada masa mendatang.

Dikarenakan tidak melakukan perputaran antena maupun menambahan sudut, Phase-Array radar mampu menscan lebih cepat dan area yang diinginkan lebih spesifik, seperti contoh Sel Tunggal dari Thunderstorm. Alat ini juga bisa digunakan untuk menscan area yang banyak secara bersamaan.

phase array radar mampu mengamati banyak fenomena secara bersamaan

 Untuk sebagian aplikasi, phase-radar terlihat sama seperti NEXRAD WSR-88D radar dan interpretasi dari keduannya sangatlah mirip.

Ada dua jenis scanning mode pada radar WSR-88D, yaitu saat presipitasi dan langit cerah. 

Mode presipitasi digunakan saat terjadi presipitasi atau saat ada area yang diperkirakan akan terjadi presipitasi. Pada mode ini, radar akan menscan dari banyak sudut elevasi menggunakan Pulse Repetition Frekuensi ( PRF ) yang memungkinkan forcaster untuk menerima informasi mengenai atmosfer .

Precipitation Mode

Sedangkan Mode Clear Air digunakan saat tak ada presipitasi yang terjadi di area tersebut, untuk memeriksa presipitasi yang sangat ringan atau partikel lain dan untuk mendeteksi batas wilayah atau front. Sudut elevasi yang lebih rendah digunakan karena target seperti debu, burung dan serangga akan ada di lokasi tersebut.

Clear Air Mode

Mengingat bahwa ada bagian significant dari troposfer yang berada tepat diatas radar yang tidak bisa dideteksi. Area ini disebut “ Cone of Silence”

Hal ini bukan masalah yang mengenai hujan ringan hingga sedang, namun hal ini berarti bagian atas dari Badai Guntur sekitar 20km (12miles) tidak akan teramati

 Pemantulan

NEXRAD WSR-88D radar di disain untuk mendeteksi hamburan dari ukuran target secara spesifik kira-kira 200 km (124 mil) dari radar. Nilai dari energi yang diterima oleh radar sekitar 1 nanowatt, hal ini sangat amat sedikit daripada energ yang dipancarkan radar yaitu biasanya 1 megawatt. Radar menerima hamburan energi dari objek, kemudian menggunakan getarannya untuk menghitung “radar reflectivity factor” (Z).

Faktor yang mempengaruhi tingkat pemantulan radar adalah sebanding dengan jumlah dari Diameter target pangkat enam dari semua hamburan target pada satuan volume. Dikarenakan ukuran dari tetes hujan dinyatakan dalam milimeter(mm), dan volume biasanya dinyatakan dalam meter kubik (m³), sehingga Radar Reflectivity Factor (Z) memiliki satuan mm⁶/m³.

 

          Pangkat 6 dapat berarti perhitungan tingkat pantulan partikel. Seperti contoh, kita melihat hanya segenggam butir hujan berukuran besar dan Batu es kecil memiliki nilai pantulan yang sama dengan ratusan butir hujan yang kecil.

 

Skala Pemantulan

Pada dasarnya, nilai dari pantulan radar untuk keadaan cuaca tanpa precipitasi atau hujan rintik-rintik memiliki jangkauan 10^-5 hingga 10. Untuk hujan yang sangat lebat dan juga hujan es, akan memiliki nilai hingga 10⁷. Dikarenakan nilai ini memiliki jangkauan yang banyak dan akan sulit diketahui detilnya, produk radar ini mempermudah penggunaan dengan interpretasi logaritma skala dalam dBZ ( decibels of Z).

     Skala ini biasanya memiliki jangkauan -28 hingga +28 untuk cuaca cerah, dan 0 hingga 75 untuk kejadian presipitasi.

             Saat terjadi presipitasi, nilai dBZ rendah ( biru dan hijau ) memiliki arti bahwa terjadi hujan ringan, namun saat nilai dBZ lebih tinggi yaitu kuning, orange dan merah menandakan hujan lebih deras. Nilai dBZ diatas 45 dBZ menandakan hujan lebat yang disebabkan oleh Thunderstorm. Sedangkan apabila nilai dBZ melebihi 60 dBZ, pada umumnya itu berarti di daerah tersebut terjadi peristiwa hujan es.

Produk radar yang paling umum digunakan disebut “base Reflektivity”. Ini terdiri dari nilai yang berhubungan dengan penghamburan gelombang yang terjadi dari target. Dalam gambar ini, reflektivity terletak di tengah disebut “ground clutter”. Energi yang diterima dari objek di dekat tanah seperti pohon, bangunan ataupun partikel-partikel di udara. Di sebelah utara/atas dari ground clutter  menunjukkan intensitas dari presipitasi. Posisi dari presipitasi berhubungan dengan 2 faktor, yaitu :

-          Sudut elevasi dari Antena ( seberapa tingg tiang radar diletakkan )

-          Waktu yang diperlukan gelombang elektromagnetik untuk kembali ke radar

Produk radar yang lain yang biasa digunakan ialah “Composite Reflektivity”, dimana display ini menunjukkan nilai maksimum dBZ dengan arah vertikal untuk seluruh wilayah jangkauan radar. Oleh sebab itu, ini memberikan gambaran mengenai sebagian besar wilayah presipitasi tanpa memperhatikan ketinggiannya.Composite Reflektivity sangat berguna untuk mengetahui presipitasi dengan intensitas lebat pada level ketinggian menengah, dan juga untuk mengetahui area presipitasi pada udara atas. Namun, beberapa presipitasi pada level ini mungkin akan menguap sebelum mencapai permukaan. Untuk menggunakan Composite Reflektivity dengan benar, maka kita harus mengerti tentang geometry radar cuaca dan juga karakteristik fenomena-fenomena yang diamati.

 

Angin

 Gambar ini memberikan informasi mengenai arah dan kecepatan angin. Hal ini ditunjukkan oleh pergerakan target, apakah mendekati ataup menjauhi radar dengan pergerakan melingkar.     Seperti Contoh, warna merah, menunjukkan bahwa target bergerak menjauhi radar, sedangkan warna hijau, menunjukkan target bergerak mendekati radar. Target yang tidak bergerak atau bergerak tegak lurus dengan tiang radar adalah berwarna abu-abu.

        Materi diatas adalah sedikit mengenai Radar Cuaca. Materi tersebut diambil dari modul WeatherRadarFundamentals dari MetEd. Masih banyak hal yang bisa di bahas dalam materi radar. Akan dilanjutkan pada materi selanjutnya. Semoga bermanfaat. Terima Kasih..