Csapadékradar-modell havazás mérésére

A meteorológusok által használt csapadékradarok működése a felhőzetbe irányított radarjel visszaverődésein alapul - a felhőt alkotó vízcseppek, jégszemcsék, hópelyhek a jel egy részét visszaverik.

A vízcseppek és a jégszemcsék esetében egészen kicsi a tévedési lehetőség, mivel ezek gömbölyded formájúak, s így jól kiszámítható a radarechó alapján a felhő által hordozott csapadékmennyiség.

Azonban a hófelhők esetében sokkal nehezebb a helyzet: a hópelyhek kristályai sokféle alakúak és méretűek, s egyaránt fordulhatnak élükkel, oldalukkal vagy lapjukkal a radar felé - ezáltal a visszavert jelek csak részben adnak valós adatot. A Utahi Egyetem (Salt Lake City) kutatói erre a problémára kerestek megoldást.

Korábban a hópelyheket úgy vizsgálhatták csak, hogy a lehullott hólepelből egyes kristályokat manuálisan kiemelve fotókat készítettek s kiolvasztva őket megmérték a víztartalmukat. Ma már automatizált módszerrel vizsgálható esés közben a hókristály, a „röptében” készült kép nemcsak a korábbi adatokat nyújtja, hanem azt is megtudjuk belőle, hogy az adott pillanatban milyen szögben állnak a kristályok a kamerához képest és milyen sebességgel hullnak.

A hófelhőkben a képződés során számos fizikai feltétel befolyásolja a kristályok méretét, alakját, víztartalmát, így az egyedi hófelhők közt is jelentős eltérések adódnak, de a felhőkön belül is sok különbség akad. Ezért számos havazás során készítettek a nagyfelbontású, több irányú automata kamerarendszerrel (MASC) felvételeket a hópelyhekről, s ennek eredményeit építették be a radarmérési modellbe. A készülék az Utahi Egyetem fejlesztése, a munkákban részt vett a NASA, az Amerikai Hadsereg, az amerikai Nemzeti Tudományos Alap - az együttműködés eredménye egy igen sokoldalú berendezés: egy körkörös alakú, több nagy érzékenységű kamerát magában foglaló rendszer. A fényképezéshez parancsot egy infravörös érzékelő ad, ez „veszi észre”, ha hullani kezd a hó. A fotók 1/40000 másodperces zársebességgel készülnek (vagyis egyetlen másodperc alatt e módszerrel 40000 fotó készíthető), a kamerák felbontása pedig 0,009-től 0,040 mm-ig terjedő, s ezzel igen részletgazdag felvételek születnek a hópelyhekről.

Mivel több kamera egyidejűleg fotóz, így lehetőség van az egyes hópelyhekről 3D képet is összeállítani (ebből válogatott képek itt találhatók: http://www.inscc.utah.edu/~tgarrett/Snowflakes/Gallery/

A felvételek információt adtak az egyes hópelyhek alakjáról, mikroszerkezetéről, esés közbeni dőlésszögéről, méretéről s a sebességéről is, valamint azt is meg lehetett belőlük állapítani, hogy laza, levegős, vagy tömör jég alkotja-e a pelyheket.  

A kamerából több példányt is felállítottak az USA Utah államának Alta nevű, hegyi síparadicsomában http://www.alta.com/ , ahol a hóesés telente igen jelentős, így remek alkalmat biztosított a mérésekre. A több helyen kihelyezett kamerákon kívül, természetesen, egy helyben felszerelt csapadékradar is méréseket végzett, így pontos eredmények születtek a 2 téli szezonon keresztül lefolytatott kísérletsorozatban.

Mivel a berendezés csak a felszereléskor igényel emberi közreműködést, így hónapokon át teljesen automata üzemmódban rögzíthette a havazások során látott pelyhek kívánt adatait és a hozzájuk tartozó mért radar-reflektivitást. A kapott adatokat speciális statisztikai módszerekkel feldolgozva építették be a kutatók az általuk fejlesztett új modellbe, amelyet a radarmérések kielemzésénél használnak majd.

Ezen adatok összességéből kiszámítható az adott hóesésre jellemző radar-reflektivitás mértéke, s ezt összevetve a jelenleg használt számítási módszerekkel, azokhoz képest akár 50%-os eltérés is lehet! Magyarul ez annyit jelent, hogy a most használatos csapadékradar-modellek akár alul-, akár felülbecslésben 50% tévedési lehetőséget hordoznak. A hópelyhek valós változatosságáról születő mérési adatok azonban nagymértékben javítják a radarmérések hatékonyságát és a várható hómennyiség előrejelzését.

A kutatásról a Journal of Geophysical Research folyóiratban jelent meg cikk 2016. októberében.

Landy-Gyebnár Mónika