Language
Country/Area
No result found
Kekuatan super radar gelombang milimeter: Bagaimana ia menangkap rahasia tetesan air kecil dan hujan lebat?
Radar gelombang milimeter, yang juga dikenal sebagai radar awan, dirancang khusus untuk memantau awan dan beroperasi dalam rentang frekuensi 24 hingga 110 GHz. Frekuensi khusus tersebut membuat panjang gelombang radar gelombang milimeter sekitar 1 mm hingga 1,11 cm, yang sekitar sepuluh kali lebih pendek daripada radar pita-S tradisional seperti NEXRAD. Tujuan utama teknologi ini adalah untuk mempelajari sifat awan dan bagaimana awan berevolusi.
Sistem radar ini biasanya beroperasi di pita-Ka pada 35 GHz dan pita-W pada 94 GHz, yang memiliki efisiensi tertinggi dalam transmisi atmosfer.
Radar gelombang milimeter memiliki resolusi waktu dan jarak yang sangat tinggi. Resolusi waktu biasanya dapat disesuaikan, berkisar antara 1 hingga 10 detik, sedangkan resolusi jarak bergantung pada desain dan tujuan radar. Secara umum, jangkauan deteksi maksimum radar awan dapat mencapai 14 hingga 20 kilometer, dan resolusi kecepatan Dopplernya hanya beberapa sentimeter per detik.
Radar awan sebagian besar merupakan sistem polarimetri, yang memungkinkannya mengukur ketidakteraturan partikel melalui rasio depolarisasi linier (LDR). Radar biasanya diarahkan langsung ke atas di puncak, tetapi seiring dengan peningkatan teknologi, banyak radar telah menambahkan unit pemindaian yang memungkinkan radar memindai pada sudut yang berbeda pada kecepatan yang lebih tinggi, sehingga memperoleh informasi tambahan seperti profil angin vertikal dan informasi volume udara. .
Radar panjang gelombang panjang memiliki redaman yang lebih sedikit untuk tetesan hujan kecil dan curah hujan, sedangkan radar panjang gelombang pendek lebih sensitif terhadap partikel yang lebih kecil, yang berarti bahwa memilih radar yang tepat sangat penting dalam kondisi cuaca yang berbeda.
Saat ini, radar gelombang milimeter banyak digunakan di berbagai bidang, termasuk mendeteksi batas awan (seperti dasar awan dan puncak awan) dan memperkirakan karakteristik mikrofisika awan (seperti ukuran partikel dan kandungan massa). Data ini membantu memahami bagaimana awan memantulkan, menyerap, dan mengubah energi radiasi yang melewati atmosfer. Radar juga banyak digunakan dalam studi kabut dan telah digunakan selama lebih dari 40 tahun dalam penelitian entomologi, terutama untuk mendeteksi target yang hampir seluruhnya berupa serangga pada hari-hari yang cerah dan hangat. Selain itu, baru-baru ini ditemukan bahwa radar gelombang milimeter dapat digunakan untuk mempelajari aerosol raksasa.
Lingkungan operasi radar awan tidak terbatas pada daratan, tetapi juga dapat berada di udara atau angkasa. Contoh sistem udara termasuk radar yang dipasang pada HALO (High Altitude Long Range Research Aircraft) dan pesawat penelitian KingAir di Wyoming. Radar profil awan di angkasa telah beroperasi sejak 2006 pada satelit CloudSAT. Misi Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer (EarthCARE), yang dijadwalkan diluncurkan pada Maret 2023, akan membawa radar pendeteksi awan berbasis ruang angkasa pertama dengan kemampuan Doppler.
Pengukuran dengan radar: dari IQ hingga spektrum
Sistem radar berdenyut dianggap sebagai instrumen pengukuran aktif karena memancarkan gelombang elektromagnetik ke atmosfer dan menerima sinyal yang dipantulkan kembali. Radar terdiri dari berbagai komponen perangkat keras, yang masing-masing berisi elemen yang berbeda. Gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh osilator di unit pemancar ditransfer ke antena melalui pemandu gelombang, yang memancarkannya ke atmosfer.
Setelah setiap pulsa yang dipancarkan dihamburkan oleh volume udara yang mengandung uap air, sinyal yang kembali dikumpulkan oleh antena radar dan didigitalkan setelah penyaringan, peningkatan, dan konversi turun.
Meskipun transmisi setiap sinyal balik berubah seiring waktu, medan listrik yang dipantulkan dalam sinyal diperoleh dari pencampuran sejumlah besar uap air. Oleh karena itu, sinyal yang diterima terdiri dari gema dari banyak partikel uap air, dan gema ini tidak dapat dianalisis secara individual. Oleh karena itu, dengan mengambil sampel sinyal, kita dapat menentukan jarak gelombang pada waktu tunda tertentu untuk fokus pada keragaman gema.
Selain itu, saat melakukan pemrosesan Doppler pada radar, spektrum yang diperoleh dari sinyal balik secara otomatis dihasilkan melalui perhitungan sinyal I/Q, sehingga memungkinkan untuk mengukur frekuensi Doppler gema. Ini membantu para ilmuwan menilai rentang kecepatan partikel yang berbeda dalam volume sampel.
Karakteristik spektroskopi Doppler
Dalam volume sampel radar, biasanya terdapat beberapa target hamburan. Setiap target memiliki pergeseran frekuensi spesifiknya sendiri, yang memungkinkan kita untuk menganalisis spektrum Doppler dengan mengukur daya yang dikembalikan. Reflektivitas dapat dihitung dari spektrum tersebut. Dengan mengintegrasikan spektrum, kita dapat memperoleh data meteorologi yang relevan dan menyimpulkan perubahan cuaca.
Momen pertama spektrum menggambarkan kecepatan Doppler rata-rata, yang mencerminkan kecepatan radial dalam seluruh volume sampel, sedangkan momen kedua menunjukkan lebar Doppler, yang memberikan derajat variabilitas dalam rentang kecepatan yang terdeteksi.
Apa yang harus kita perhatikan di antara banyak parameter?
Lebar Doppler, kemiringan, dan puncak adalah parameter utama untuk menggambarkan spektrum Doppler. Mempelajari parameter ini membantu mengungkap perubahan mikrofisika dan dinamis dalam struktur awan, yang sangat penting untuk memprediksi perubahan cuaca. Selain itu, pengukuran polarimetri radar memberikan wawasan yang lebih dalam tentang cara kerja presipitasi dan dampak perubahan iklim.
Dengan kemajuan teknologi, cakupan aplikasi radar gelombang milimeter menjadi semakin luas, tetapi dalam eksplorasi tanpa akhir ini, dapatkah kita sepenuhnya memahami dan menghayati fisika
