Meteoradar: Pohled do historie meteorologických radarů a vývoje radarové techniky. Základní funkce i zajímavosti o využití radaru k detekci tornád.

Radar je jedním z největších vynálezů lidstva, který slouží nejen k armádním účelům, ale lze ho také využívat pro potřeby meteorologie. Včasná varování, výzkum nebezpečných bouří, meteorologický radar je zkrátka nepostradatelnou součástí vědeckého zkoumání. Jak ale funguje? Kdy se začala psát jeho historie?

Dopplerův jev a trumpetisté

Historie radarů má své počátky v roce 1842, kdy v Praze představil rakouský fyzik Christian Doppler svou teorii o změně frekvence vlnění, následně známou jako Dopplerův jev. První pokus o jeho demonstraci se konal na železniční trati mezi Amsterdamem a Utrechtem. Stanicí prosvištěl vlak, na kterém stáli hudebníci, kteří za jízdy troubili na trumpety. Na nástupišti stála druhá část lidí, která poslouchala a vnímala změny v tónech hrající hudby, jak se vlak přibližoval a zase odjížděl. Tento jev pozorujeme například když kolem projíždí auto. Změna frekvence se projevuje i u elektromagnetických vln, mezi které patří i mikrovlny. 

 

Využití mikrovln

Už od konce 19.století začaly první pokusy s elektromagnetickým vlněním. Za prvního fungujícího předchůdce radaru lze považovat "telemobiloskop". Vynalezl ho v roce 1904 německý fyzik H. Barkhausen. Jeho přístroj dokázal detekovat odrazy rádiových vln od lodí projíždějících na řece Rýn. Tento objev však ve své době nebyl oceněn a radar si na své "znovuobjevnení" musel počkat.

V roce 1935 zkonstruoval sir R.Watson-Wattt první použitelný stroj pro rádiovou detekci letadel pomocí mikrovln. V roce 1940 byl v USA zařazen do výzbroje první vojenský radar SRC-270. Během 40.let 20.století začaly být radary běžně užívané k navigaci lodí a letadel.

Během práce si armádní představitelé začali všímat zvláštních teček na radarových snímcích. Brzy jim došlo, že se jedná o radarové vyjádření oblačnosti. V roce 1942 darovala americká armáda celkem 25 radarů Národnímu meteorologickému úřadu (NOAA). To znamenalo počátek radarové meteorologie. Aktivně se radary pro účely sledování počasí začaly zařazovat ke konci 60.let.

Základní funkce

Radar vysílá jednotlivé pulzy, které se následně odrážejí od cílů (oblačnosti). Část tohoto vyslaného pulzu se rozptýlí a část se zase vrátí k radarové anténě. Tato informace je pak radarem zpracována a převedena do grafické podoby. Takové snímky se pak automaticky odesílají do radarových center příslušných zemí. V případě České republiky do pobočky ČHMÚ v Praze na Libuši. Radarové snímky, které dostává veřejnost, bývají většinou už značně zpracované a zjednodušené. Podrobnější snímky a produkty slouží meteorologům a výzkumníkům pro další bádání či varování v krátkém horizontu (nowcasting).

Duální-Polarizace 

Velkým pokrokem v radarové technologii bylo zavedení takzvané "duální polarizace". Radar zjednodušeně vysílá jednotlivé pulzy jak horizontálně, tak vertikálně. To pomáhá lépe rozpoznávat, z čeho je oblak složený, například jestli se v dané bouřce vyskytují ničivé kroupy. Dual-polarizační radary dokáží také odlišovat pevné složky od kapalných, díky tomu může například odhalit, zdali se tornádo již dotklo zemského povrchu a vynáší smetí do atmosféry. Tyto pevné částice, jako jsou úlomky domů, aut a dalších věcí, pak odliší barevně od kapalné složky oblačnosti.

Asi nejdůležitější součástí celého procesu je využití radarů pro detekci tornád a silných rotujících bouří - supercel. Zjednodušeně si představme obyčejnou kružnici, kde v jejím středu se nachází radar. Všechny signály, které radar zachytí v pohybu směrem k němu, zobrazí v odstínech zelené. Naopak všechny signály, které se od radaru vzdalují, zbarví do odstínů červené. V případě tornád se tyto odrazy projevují jako ostře ohraničené body v opačných barvách těsně u sebe. To značí protichůdný pohyb od a k radaru na malém prostoru, který prozrazuje, že právě zde dochází k rotaci.

Mikrovlnná trouba a radary

Objev mikrovlnné trouby byl více méně zcela náhodný. Vznikla v roce 1946, kdy si armádní technik P. Spencer všiml při své práci s takzvaným magnetronem (součástka, která se používá při výrobě radarů - generátor mikrovlnného záření), že se mu v kapse zahřály bonbony. Začal se proto více zajímat o vliv mikrovlnného záření na potraviny, což nakonec vedlo k patentu na vynález mikrovlnné trouby. První se na trhu objevily už v roce 1947.

Radary v ČR

U nás proběhla první instalace meteorologického radaru v roce 1969. Následně během 90.let byl instalován radar na vrcholu Skalky v Drahanské vrchovině. Poté byl v roce 1999 instalován další radar na vrcholu Praha v Brdech. V roce 2015 došlo k jejich modernizaci.

Použitý obrázek a animce: (C) Miloslav Roháček