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Visão Sistêmica sobre o Uso de Radares e outros Sensores Meteorológicos

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Módulo: EThICS 907.024.01_Noções sobre Rad Met.ppsx Change
Tópico: METEOROLOGIA RADAR
Assunto: Visão Sistêmica e Geral sobre o Uso Integrado de Radares e outros Sensores Meteorológicos
Escopo:

O Que é Radar?
O Que é um Radar Meteorológico?
Vantagens de Uso de Radares Meteorológicos
Desvantagens e Restrições do Uso de Radares em Meteorologia
Algumas Aplicações de Radares Meteorológicos
Sistema Integrado de Sensoriamento, Análise, Previsão e Alerta
Radar Meteorológico Pulsado Doppler
O Radar como Instrumento de Medida
Exemplo de Imagens Geradas por Radar Meteorológico
Bandas de Operação de Radares Meteorológicos
Rede de Estações de Radares Meteorológicos
Sistemas de Radares Meteorológicos

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Visão Sistêmica sobre o Uso de Radares e outros Sensores Meteorológicos

  1. 1. EngenhariaEThICS Tecnologia, InteligênciaENGINEERING Consultoria & SistemasEThICS 907.024.01 METEOROLOGIA RADAR - Noções sobre Radares Meteorológicos - Antonio Sallum Librelato Diretor – EThICS Engineering V. 01 - Fevereiro - 20136/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 1
  2. 2. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 CONCEITOS O Que é Radar? Sigla: RADAR = RAdio Detection And Ranging Detecção e Medida de Distância, por Rádio Princípio de Funcionamento:  Emissão (transmissão) de sinais eletromagnéticos (rádio).  Recepção de sinais (ecos) de objetos de interesse (alvos).  Detecção, medição e visualização dentro de seu espaço de cobertura. Motivações:  Verificar a existência ou não de objetos de interesse em uma região no entorno do radar.  Medir a que distância eles se encontram.  Na verdade, serve para muito mais que isso, como, por exemplo:  Localização dos alvos em distância, elevação e azimute.  Distribuição espaço-temporal dos alvos.  Velocidade de deslocamento dos alvos.  Natureza dos alvos. 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 2
  3. 3. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 CONCEITOS O Que é um Radar Meteorológico? Finalidade:  É um radar usado para o sensoriamento remoto de alvos meteorológicos, isto é, que terá os fenômenos atmosféricos como objetos principais de interesse. Principais Fenômenos Meteorológicos de Interesse:  Precipitações: Chuvas, Granizo, Neve.  Ventos.  Turbulências de Ar Claro. Parâmetros de Medição:  Refletividade radar, velocidade radial média e variância da velocidade.  Polarimetria radar dos alvos meteorológicos.  Posicionamento espacial e variação temporal. 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 3
  4. 4. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 CONCEITOS Vantagens de Uso de Radares Meteorológicos Executar observações de forma volumétrica, dentro de ampla área no entorno do radar, a qualquer hora do dia ou da noite, com quaisquer níveis de visibilidade ou de cobertura de nuvens. 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. Podem ser processados de forma digital. O período de renovação dos dados e das imagens é menor que o ciclo de vida da maioria dos fenômenos de interesse. Múltiplos radares podem ser integrados em rede. 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 4
  5. 5. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 CONCEITOSDesvantagens e Restrições do Uso de Radares em Meteorologia Erros inerentes ao sistema. Ambigüidade de algumas medidas. Limites de resolução. Custo dos equipamentos e da infraestrutura. Influência da curvatura terrestre. Efeitos inconvenientes da interação entre os sinais de radiofrequência e a atmosfera, durante a sua propagação no meio ambiente. 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. 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 5
  6. 6. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 USOS E APLICAÇÕES Algumas Aplicações de Radares Meteorológicos Aplicações Operacionais em Meteorologia:  Boletins de Tempo Presente e de Previsão do Tempo.  Defesa Civil.  Planejamento Agrícola.  Combate ao Granizo.  Monitoração da Poluição do Ar.  Segurança do Tráfego Aéreo. Aplicações Operacionais em Hidrologia:  Defesa Civil.  Controle de Recursos Hídricos.  Semeadura Dinâmica das Nuvens.  Previsão Hidrológica. Aplicações Científicas:  Pesquisa da Atmosfera e Climatologia.  Desenvolvimento de Modelos.  Desenvolvimento de Tecnologias de Radares.  Pesquisas sobre Propagação. 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 6
  7. 7. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 USOS E APLICAÇÕESSistema Integrado de Sensoriamento, Análise, Previsão e Alerta SISTEMA DE SENSORIAMENTO REMOTO: COLETA, PRÉ-TRATAMENTO E CONTROLE RADAR SATÉLITE PERFILADOR MET SUPERF HID SUPERF SISTEMA DE PREVISÃO: INTEGRAÇÃO, MODELAMENTO, ANÁLISE E PREVISÃO • Tratamento de Dados Básicos e Análise por Sensor e por Integração de Sensores • Visualização, Modelamento e Simulação • Análise do Tempo Presente e Previsão a Curto e Médio Prazos (Tendências) SISTEMA DE DIFUSÃO BASES DE REFERÊNCIA • Tempo Presente e Previsões • Alertas Avaliações e • Informações Geográficas, MelhoriasGeomorfológicas, Tipologia e Ocupação do Solo, Hipsométricas e Clinográficas, etc SISTEMA DE AÇÃO • Modelos • Critérios e Mapas de Riscos • Planos e Decisões • Monitoração e Atualização • Alarmes • Ações Táticas e Logísticas 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 7
  8. 8. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO www.meted.ucar.edu ©The COMET Program Radar Meteorológico Pulsado Doppler 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 8
  9. 9. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO Radar Meteorológico Pulsado Doppler Na Transmissão:  São emitidos pulsos de energia de alta potência de pico (da ordem de centenas de kW) e em alta frequência (centenas de MHz) , de curta duração (microssegundos), em ciclos de repetição da ordem de milissegundos.  Tais pulsos se propagam na atmosfera como frentes de ondas, ao longo das direções de apontamento da antena do radar, na velocidade da luz.  Os alvos existentes na atmosfera são atingidos pelas frentes de propagação, absorvem parte dessa energia e retrodifundem parte da energia em todas as direções. Na Recepção:  No intervalo de tempo entre dois pulsos de transmissão, a energia retrodifundida dos alvos e que retornam ao radar são recebidas e processadas como ecos desses alvos.  Os sinais resultantes dessa recepção são processados, de forma analógica e digital, gerando os dados sobre os ecos e os alvos. 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 9
  10. 10. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO O Radar como Instrumento de Medida distância “R” entre a formação meteorológica volume de resolução do radar antena do radar e o (alvos distribuídos) volume de resolução, no instante t direção de apontamento do radar, no instante t (azimute e elevação) precipitação nível do solo nível do sinal ecos distribuídos recebido eixo do tempo instante t R = c.t/2 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 10
  11. 11. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO Exemplo de Imagens Geradas por Radar MeteorológicoRadar: IACIT. Aplicativo: GAMIC 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 11
  12. 12. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 TECNOLOGIAS Bandas de Operação de Radares Meteorológicos As bandas de frequências de operação alocadas para as aplicações de radares meteorológicos estão na tabela a seguir. BANDAS DE OPERAÇÃO DE RADARES METEOROLÓGICOS COMPRIMENTO DE ONDA DESIGNAÇÃO FREQÜÊNCIA NOMINAL NOMINAL S 2,7 a 2,9 GHz 11,1 a 10,3 cm C 5,1 a 5,65 GHz 5,9 a 5,3 cm X 9,3 a 9,7 GHz 3,2 a 3,1 cm Ku 13 a 14 GHz 2,3 a 2,1 cm K 17 GHz 1,765 cm Ka 35 GHz 0,857 cm mm 94 GHz 3,19 mm Mais usadas em operações hidrometeorológicas 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 12
  13. 13. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 TECNOLOGIAS Rede de Estações de Radares Meteorológicos ERM #01 ESTAÇÃO RADAR METEOROLÓGICO ...... ANTENA/POSICIONADOR ERM #n CHAVE TX/RX SERVO-CONTROLE TRANSMISSOR RECEPTOR WAN/LAN PROCESSADOR CENTRO DE OPERAÇÃO COMPUTADOR REMOTA 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 13
  14. 14. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 TECNOLOGIAS Sistemas de Radares Meteorológicos Antena, Posicionador e Servo-Controle:  Parabólica: feixe de formato “cônico”, pequena abertura.  Movimento e apontamento em elevação e em azimute.  Varredura volumétrica. Modulação dos sinais transmitidos:  Pulsada: é a mais comum.  Potência de pico e potência média. Tipos de transmissores:  Magnetron: oscilador, coerência de fase a cada pulso, na recepção.  Klystron: linear, coerente na transmissão.  Estado sólido: linear, potências reduzidas. Geração e processamento de sinais:  Doppler: medida de velocidade e eliminação de ecos fixos.  Mono polarização: sem distinção microfísica dos alvos.  Dupla polarização: para distinguir as diferenças microfísicas dos alvos. 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 14
  15. 15. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAIS ENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 TECNOLOGIAS Sistemas de Radares Meteorológicos SISTEMAS DE RADARES BANDAS DE OPERAÇÃO METEOROLÓGICOS ELEMENTOS COMPARATIVOS S (~3 GHz) C (~5 GHz) X (~9 GHz)Potências de pico ~600 kW ~250 kW ~50 kWPolarização mono dupla duplaRaio de cobertura operacional Até 400 km Até 250 km Até 50 kmRaio de cobertura para medições Até 200 km Até 100 km Até 50 km Altas atenuações quando da Atenuações elevadasEfeitos de atenuação atmosférica Reduzidos existência de formações quando da existência de intensas. precipitações médias. Vigilância e previsão Vigilância e previsão meteorológica em áreas Análise e medição de meteorológica em grandes regionais, para fenômenos de micro e áreas, para acompanhamento e mesoescala. Adequado paraAplicações mais frequentes acompanhamento de medição de fenômenos de medição e previsão fenômenos de mesoescala. mesoescala. Adequado para hidrometeorológica em Adequado para redes multi- medição e previsão microbacias e micro-regiões. radares de cobertura ampla. hidrometeorológica em Sistemas transportáveis. bacias regionais. 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 15
  16. 16. EThICS METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISENGINEERING NOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS EThICS 907.024.01 TECNOLOGIAS Sistemas de Radares Meteorológicos Regime de operação:  Operação local.  Operação remota.  Contínua, automática e programada. Arranjos de rede:  Estação única.  Rede de múltiplas estações, com controle, programação e operação remotos.  Multi-redes com radares de diferentes bandas e coberturas de espaços diferenciados.  Integração de dados de sensores de diferentes naturezas: satélites, radares, perfiladores, pluviômetros, medidores de níveis e de vazão, e outros.  Integração com modelos computacionais.  Difusão de dados, imagens, alertas e produtos específicos para redes de centros de processamento e controle e de usuários. 6/2/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 16
  17. 17. EngenhariaEThICS Tecnologia, InteligênciaENGINEERING Consultoria & SistemasEThICS 907.024.01 SERVIÇOS Consultoria Assessoria Estudo, Análise e Diagnóstico Planejamento Pesquisa & Desenvolvimento Implementação Treinamento Mentoreação ENGENHARIA ESTRATÉGIA& TECNOLOGIA ÁREAS DE ATUAÇÃO ORGANIZACIONAL Antonio Sallum Librelato – Diretor (12) 3941 8277 – a.sallum@uol.com.br – skype: a_sallum1 Perfil: http://www.linkedin.com/in/sallum 17

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