神秘的大球?氣象雷達原理解密

你曾經在路上看過一顆奇怪的大球嗎?每個氣象雷達站都會有這顆神秘的大球,你一定很好奇,這顆又大又圓的巨型球狀物是做什麼的呀?它該不會是外星人留在地球上的飛碟?還是巨人忘記帶走的足球呢?其實這是觀測天氣變化的好幫手氣象雷達喔!

 

墾丁氣象雷達站使用都卜勒雷達,主要觀測劇烈天氣的現象,特別是從巴士海峽北上的颱風。
墾丁氣象雷達站

 

 

在氣象雷達的天線罩中,包含了發射器、接受器和拋物面碟型天線,而天線罩就像是雷達的防護罩,保護雷達不受外面風吹雨打的破壞,所以氣象雷達的外形就像是一顆球。

 

氣象雷達的球形天線罩裡,包含了發射器、接受器和拋物面碟型天線等設備。
氣象雷達的組成

資料來源:2008年西南氣流實驗計畫S-band雷達

 

肯定覺得很疑惑,這顆「大足球」究竟是如何觀測天氣的呢?現在就讓我們一起解開這顆神秘大球的秘密吧!

 

 

 

天氣偵查員的特殊技能

 

氣象雷達就像一名聰慧過人的偵查員,利用「回聲定位」的原理,偵測一定範圍內的降雨狀況。

 

在執行任務時,氣象雷達會從天線,向四周的天空發射看不見、摸不著無線電脈衝追蹤任何蛛絲馬跡,當電磁波碰到雲層中的水滴(雨、雪或冰雹等)時,水滴會散射電磁波,有一些會散射到別的地方,有一些則會反射回來被雷達接收,成為雷達偵查員搜尋的下雨線索,這就是「雷達回波」

 

而根據電磁波反射回來的時間或方向,聰明的雷達偵查員就能分析出一段距離以外的天氣變化,並進一步預測天氣變化,依照訊號的強度,推算出水滴的大小與含量,知道哪裡會下多少雨,通常訊號越強,代表降雨的強度就越強喔

 

發射器透過天線朝著一個方向發射短無線電脈衝,當遇到障礙物時,脈衝的一部分能量會朝所有方向散射,也會有少部分反射回天線,根據反射的時間和方向,雷達就能評估目標的大致距離與位置。
雷達的觀測原理

 

 

 

 

不同角度不同世界

 

雷達運作可以進行平面位置掃描或是垂直剖面掃描

 

種掃描產生的回波圖都各有用處,像是我們一般常見的平面位置掃描,就可用來偵測有效半徑內的降水回波位置、強度,並可將定時掃描的回波圖串成動畫,方便瞭解降水移動的方向與速度

 

而垂直剖面掃描則是可以顯示天氣系統的垂直剖面,讓觀測員可以瞭解雲雨區的垂直結構

 

固定仰角進行平面位置掃描可獲得降水的位置與強度,做成動畫還可瞭解移動方向與速度;而垂直剖面掃描則是可以觀察雲雨區的垂直結構。
雷達的掃描方式

資料來源:2008年西南氣流實驗計畫S-band雷達

 

除了傳統的氣象雷達卜勒氣象雷達也是個不容小覷的偵查好手,利用「都卜勒效應」的原理為基礎,都卜勒氣象雷達發射雷達波束碰到一個正在移動的目標後,波束會反射回雷達,使頻率發生改變,雨滴接近雷達的速度越快,反射回來的電磁波頻率就越高,透過雷達發射的電磁波頻率與接收電磁波頻率的差距變化,可以推算出目標物在雷達發射波束方向上移動速度,即為「徑向速度」因此都卜勒氣象雷達除了能偵測降水回波強度外、也能偵測雷達掃瞄範圍內的徑向風速分佈及亂流場。

 

當目標靠近時,雷達波束的反射波較密集;而當目標遠離時,雷達波束的反射波則會變疏。
都卜勒氣象雷達的原理

 

 

氣象雷達的原理很簡單吧?氣象雷達是監測雲雨系統的重要觀測工具,尤其當災害性天氣發生時,可以利用即時監測的資訊,適時發布警報,我們就能提前做好防災的準備,降低生命財產的損失唷!

 

 

上架日期:2019/11/06修改日期:2020/03/18

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