F. Daniele Franchi on Unsplash.

Written by 09:00 Meteo, Technologie

Modernizacja sieci POLRAD

Sylwia Śmigiera
IMGW-PIB/Centrum Hydrologiczno-Meteorologicznej Sieci Pomiarowo-Obserwacyjnej, Wydział Teledetekcji Naziemnej

Pierwszy radar meteorologiczny uruchomiono w Polsce blisko 60 lat temu, a sieć radarów, obejmująca swym zasięgiem niemal cały kraj, funkcjonuje od około dwóch dekad. W porównaniu z innymi metodami pomiarów, meteorologia radarowa to nowa dziedzina badania atmosfery. Mimo to rozwija się bardzo dynamicznie. Na przestrzeni lat możliwości techniczne radarów znacznie się poprawiły, a otrzymywane dane są coraz lepszej jakości. Właśnie wkraczamy w etap kolejnych zmian, związanych z modernizacją sieci POLRAD.

Radary stanowią cenne źródło informacji o pogodzie tu i teraz. Możemy dzięki nim śledzić rozwój i przemieszczanie się opadów, a także określić prędkość wiatru, czy wielkość gradu. Dane pozyskane za pomocą radarów wykorzystujemy w modelach meteorologicznych i hydrologicznych oraz przy tworzeniu prognoz i wydawaniu ostrzeżeń. Urządzenia te ogrywają również ogromną rolę w osłonie lotnictwa. Co ważne, informacje z pomiarów radarowych dostępne są dla każdego mieszkańca Polski, dzięki czemu możecie w każdej chwili sprawdzić co dzieje się w waszej okolicy – czy nie nadchodzi burza lub silne opady.

Nad poprawnością działania radarów czuwają pracownicy Wydziału Teledetekcji Naziemnej – operatorzy radarowi, serwisanci oraz grupa zajmująca się analizą danych. Monitorują oni pracę radarów i sprawdzają czy generowane są właściwe produkty. Do ich zadań należą także konserwacja urządzeń oraz wykonywanie przeglądów. Poza tym WTN zajmuje się analizą i interpretacją otrzymanych danych, korygowaniem ustawień radarów i parametrów produktów oraz poszukiwaniem nowych rozwiązań. To dzięki pracy zespołu dane radarowe udostępniane przez IMGW-PIB mają tak wysoką jakość.

Meteorologia radarowa w Polsce

Pierwsze, instalowane w latach 60., radary DECCA i MRŁ znacząco różniły się od tych współczesnych. Wyświetlane przez nie obrazy przerysowywano na papier i tak przygotowane notatki wysyłano do odbiorców, co zajmowało kilkadziesiąt minut. Informacje docierały więc z ogromnym, jak na dzisiejsze standardy, opóźnieniem i ich przydatność była kwestionowana. Co ciekawe, radar DECCA pracował tylko wtedy, kiedy spodziewano się opadów. Ponieważ jego antena nie była osłonięta kopułą, okoliczni mieszkańcy wiedzieli o zbliżającym się deszczu, gdy tylko urządzenie zaczynało się kręcić.

Wykonany ręcznie rysunek przedstawiający wyniki pomiarów radarem MRŁ-2 w Legionowie dla elewacji 3°; echa zostały opisane zgodnie z oznaczeniami: EKK – echo konwekcyjne, EWPod 3° – echo podniesione, ENNS – echa warstwowe. Rok 1977.
Wykonany ręcznie rysunek przedstawiający wyniki pomiarów radarem MRŁ-2 w Legionowie dla elewacji 3°; echa zostały opisane zgodnie z oznaczeniami: EKK – echo konwekcyjne, EWPod 3° – echo podniesione, ENNS – echa warstwowe. Rok 1977.

Na początku XXI wieku nastąpił szybki rozwój meteorologii radarowej w Polsce. Wiązało się to oczywiście z budową sieci POLRAD składającej się z 8 radarów, którą oddano do pracy operacyjnej w 2004 roku. Jej modernizację przeprowadzono w latach 2009-2015. Wówczas radary w Pastewniku, na wzgórzu Ramża oraz w Rzeszowie wymieniono na urządzenia o podwójnej polaryzacji. Dzięki temu znacząco zwiększyła się możliwości pomiaru i liczba rejestrowanych parametrów. Powstały bardziej zaawansowane produkty, a jakość danych znacząco się poprawiła.

Modernizacja sieci – gdzie powstaną nowe radary i dlaczego?

Aktualnie sieć POLRAD składa się z radarów dopplerowskich pracujących w paśmie częstotliwości C (ok. 5,5 GHz). Do końca 2023 roku cały system zostanie zmodernizowany i rozbudowany. 16 maja 2022 roku wyłączono radar w Legionowie. W najbliższych miesiącach nastąpi wymiana wszystkich urządzeń na magnetronowe z funkcjonalnością pomiarów w podwójnej polaryzacji. Powstaną też dwie nowe stacje radarowe – w Użrankach i na Górze Świętej Anny. Ponadto planowane jest zwiększenie wysokości wieży radaru w Brzuchani, co poprai jakość zbieranych danych, oraz przeniesienie o kilkanaście kilometrów na północny-zachód radaru w Gdańsku (co spowoduje zmianę jego nazwy), aby umożliwić rozbudowę portu lotniczego.

Aktualne rozmieszczenie radarów sieci POLRAD. Kolorem czarnym zaznaczono urządzenia o pojedynczej polaryzacji, kolorem niebieskim radary dual-pol, a czerwonym planowane inwestycje. Okręgami zaznaczono zasięg skanu dopplerowskiego, wynoszący 125 km. Mapa przedstawia już nową lokalizację radaru w Gdańsku.
Aktualne rozmieszczenie radarów sieci POLRAD. Kolorem czarnym zaznaczono urządzenia o pojedynczej polaryzacji, kolorem niebieskim radary dual-pol, a czerwonym planowane inwestycje. Okręgami zaznaczono zasięg skanu dopplerowskiego, wynoszący 125 km. Mapa przedstawia już nową lokalizację radaru w Gdańsku.

Planowane inwestycje to kolejny milowy krok dla polskiej meteorologii radarowej. Zwiększą się możliwości pomiarowe, poprawi się jakość danych. Możliwe będzie mierzenie dodatkowych parametrów i generowanie większej liczby produktów. Znacznie zwiększy się również pokrycie obszaru Polski przez dane radarowe, głównie dzięki wybudowaniu obiektu w Użrankach koło Mrągowa. Dotychczas północno-wschodnia część kraju była monitorowany jedynie przez radar w Legionowie, który ze względu na znaczną odległość nie był w stanie wykryć wszystkich zjawisk meteorologicznych, zwłaszcza w dolnej atmosferze. Poza tym podczas prac serwisowych czy awarii urządzenia w Legionowie znaczna część Polski była całkowicie pozbawiona danych radarowych. Inwestycja w Użrankach jest szczególnie ważna dla turystyki, ponieważ poprawi bezpieczeństwo na mazurskich jeziorach.

Drugi z nowych radarów powstanie Górze Świętej Anny, w miejscu pozornie dobrze monitorowanym przez inne urządzenia. Jednak jeżeli weźmiemy pod uwagę ukształtowanie powierzchni i specyfikę pomiarów radarowych okaże się, że nie wszystkie obszary na południu kraju są odpowiednio rejestrowane i wybudowanie kolejnego radaru na tym terenie jest uzasadnione. Będzie on zlokalizowany pomiędzy dwoma dużymi pasmami górskimi – Karpatami oraz Sudetami – w miejscu gdzie panują dogodne warunki do tworzenia się niebezpiecznych zjawisk. Usytuowanie radaru właśnie tu pozwoli na wcześniejsze ostrzeganie o zagrożeniach, a w konsekwencji poprawi bezpieczeństwo.

Planowana lokalizacja radaru w Użrankach i na Górze św. Anny. Okręgami zaznaczono zasięg skanu dopplerowskiego, wynoszący 125 km.
Planowana lokalizacja radaru w Użrankach i na Górze św. Anny. Okręgami zaznaczono zasięg skanu dopplerowskiego, wynoszący 125 km.

Nowe możliwości pomiarowe

Klasyczny radar wysyła wiązkę fali elektromagnetycznej spolaryzowaną poziomo. Oznacza to, że składowa elektryczna tej fali oscyluje w płaszczyźnie poziomej i tylko w niej wykonywane są pomiary. Radary podwójnej polaryzacji (dual-pol), które będą finalnie działać w całej sieci POLRAD, emitują jednocześnie wiązkę spolaryzowaną pionowo. Dzięki temu „widzą” w obu płaszczyznach. Możliwe jest także wyznaczenie dodatkowych parametrów, poprzez zestawienie ze sobą sygnałów z obu polaryzacji fali. Wśród podstawowych parametrów uzyskiwanych z pomiarów radarami dual-pol są: odbiciowość różnicowa (ZDR), przesunięcie fazowe (PhiDP), właściwe przesunięcie fazowe (KDP), współczynnik korelacji wzajemnej (RhoHV). Dzięki wykorzystaniu tych informacji możliwe jest rozpoznanie rodzaju opadów poprzez określenie własności fizycznych hydrometeorów. Podwójna polaryzacja pozwala również na korygowanie tłumienia fali elektromagnetycznej w strefach silnych opadów, poprawę dokładności szacowania natężenia opadów (a także ich sum) oraz określenie wielkości gradu.

Natężenie opadów wyznaczone na podstawie danych z Pastewnika z 23.07.2010 r. z godziny 04:00 UTC. Z lewej strony natężenie wyznaczone z wiązki spolaryzowanej poziomo (produkt SRI), z prawej natężenie wyznaczone z obu wiązek (produkt DPSRI). Na lewej mapie widoczne jest tłumienie wiązki radarowej w strefie silnych opadów. Przez to w obszarze zaznaczonym elipsą natężenie opadów jest zaniżone. Wykorzystanie danych z podwójnej polaryzacji (produkt DPSRI) pozwala na skorygowanie tego negatywnego efektu. Na prawej mapie widoczne są poprawne wartości natężenia.
Natężenie opadów wyznaczone na podstawie danych z Pastewnika z 23.07.2010 r. z godziny 04:00 UTC. Z lewej strony natężenie wyznaczone z wiązki spolaryzowanej poziomo (produkt SRI), z prawej natężenie wyznaczone z obu wiązek (produkt DPSRI). Na lewej mapie widoczne jest tłumienie wiązki radarowej w strefie silnych opadów. Przez to w obszarze zaznaczonym elipsą natężenie opadów jest zaniżone. Wykorzystanie danych z podwójnej polaryzacji (produkt DPSRI) pozwala na skorygowanie tego negatywnego efektu. Na prawej mapie widoczne są poprawne wartości natężenia.

W systemie POLRAD wykorzystywane są dwa algorytmy rozpoznawania typu opadów – BMRC oraz NEXRAD. Na mapie algorytm BMRC poprawnie wykrył obszary występowania różnych typów opadów. Obszary zaznaczone odcieniami szarości wskazują na opady suchego śniegu (Strong dry snow oraz Weak dry snow). Kolorem pomarańczowym zaznaczono miejsca występowania suchej krupy śnieżnej (Dry graupel).

Produkt HAILSZ (wielkość gradu) wyznaczony na podstawie danych z radaru w Rzeszowie z 05.06.2021 r., godz. 14:23 UTC. Wielkość gradu, jaki wygenerowała superkomórka burzowa w okolicach Bochni, zastała poprawnie oszacowana, co potwierdziły obserwacje naziemne.

Najbliższe miesiące to okres wzmożonej pracy, wymagającej zaangażowania wielu pracowników IMGW-PIB, a przede wszystkim zespołu WTN, który będzie musiał się zapoznać z nową technologią i jej możliwościami. Na czas wyłączenia poszczególnych urządzeń strategie skanowania pozostałych radarów będą zmieniane tak, aby w pewnym stopniu zrekompensować brak danych. Efekt wart jest jednak poświęceń – IMGW będzie dysponować wkrótce najnowocześniejszą siecią radarową i nowymi możliwościami pomiarowymi, a społeczeństwo dokładniejszymi i bogatszymi informacjami pogodowymi.

Aktualnie informacje o modernizacji, wyłączeniu lub instalacji nowych radarów będą umieszczane na stronach Instytutu, w mediach społecznościowych IMGW-PIB oraz na stronie https://pl.wikipedia.org/wiki/POLRAD.

W opracowaniu wykorzystano materiały zawarte w książce Ireny Tuszyńskiej „Rozwój meteorologii radarowej w Polsce”.


Zdjęcie główne: Daniele Franchi | Unsplash

(Visited 6 930 times, 28 visits today)
Close