رادار الطقس

ترسل رادارات الطقس نبضات موجهة من إشعاع الميكروويف ، بطول ميكروثانية واحدة تقريبًا ، باستخدام أنبوب مغنطرون تجويفي أو أنبوب كليسترون متصل بهوائي مكافئ عبر دليل موجي . يبلغ طول الموجات من 1 إلى 10  سم، أي ما يقارب عشرة أضعاف قطر القطرات أو جزيئات الجليد المراد رصدها، وذلك بسبب حدوث تشتت رايلي عند هذه الترددات. وهذا يعني أن جزءًا من طاقة كل نبضة سيرتد عن هذه الجزيئات الصغيرة، عائدًا نحو محطة الرادار. ^{[ 15 ]}

تُعدّ الأطوال الموجية الأقصر مفيدةً للجسيمات الأصغر، لكن الإشارة تتلاشى بسرعة أكبر. لذا يُفضّل استخدام رادار 10  سم ( النطاق S  )، ولكنه أغلى ثمناً من نظام 5 سم (النطاق C) . يُستخدم رادار 3  سم (النطاق X)  فقط للوحدات قصيرة المدى، بينما يُستخدم رادار الطقس 1 سم (النطاق Ka) فقط لأبحاث ظواهر الجسيمات الصغيرة مثل الرذاذ والضباب. ^{[ 15 ]} شهدت أنظمة رادار الطقس ( النطاق W ، 3  مم) استخداماً محدوداً في الجامعات، ولكن نظراً لتلاشي الإشارة بشكل أسرع، فإن معظم البيانات غير قابلة للاستخدام.

تتباعد نبضات الرادار كلما ابتعدت عن محطة الرادار. وبالتالي، يكون حجم الهواء الذي تجتازه نبضة الرادار أكبر في المناطق الأبعد عن المحطة، وأصغر في المناطق القريبة، مما يقلل من دقة القياس عند المسافات البعيدة. في نهاية  نطاق قياس يتراوح بين 150 و200 كيلومتر، قد يصل حجم الهواء الذي تمسحه نبضة واحدة إلى حوالي كيلومتر مكعب. يُطلق على هذا الحجم اسم حجم النبضة . ^{[ 16 ]}

يمكن تقريب حجم الهواء الذي تشغله نبضة معينة في أي لحظة زمنية بالصيغة التالية:${\displaystyle \,{v=hr^{2}\theta ^{2}}}$حيث v هو الحجم المحصور بالنبضة، و h هو عرض النبضة (بالأمتار، محسوبًا من مدة النبضة بالثواني مضروبة في سرعة الضوء)، و r هي المسافة التي قطعتها النبضة من الرادار (بالأمتار)، و${\displaystyle \,\theta }$يمثل عرض الحزمة (بالراديان). تفترض هذه الصيغة أن الحزمة دائرية متناظرة، وأن "r" أكبر بكثير من "h"، لذا فإن قيمة "r" المأخوذة في بداية النبضة أو في نهايتها تكون متقاربة، وأن شكل الحجم مخروط ناقص بعمق "h". ^{[ 15 ]}

بين كل نبضة، تعمل محطة الرادار كمستقبل، إذ تستمع إلى الإشارات العائدة من الجسيمات في الهواء. مدة دورة "الاستماع" في حدود جزء من الألف من الثانية ، أي أطول بألف مرة من مدة النبضة. يتحدد طول هذه المرحلة بحسب حاجة إشعاع الميكروويف (الذي ينتقل بسرعة الضوء ) إلى الانتشار من الكاشف إلى الهدف الجوي والعودة، وهي مسافة قد تصل إلى عدة مئات من الكيلومترات. تُحسب المسافة الأفقية من المحطة إلى الهدف ببساطة من خلال الوقت المنقضي من بدء النبضة إلى اكتشاف الإشارة العائدة. يُحوّل الوقت إلى مسافة بضربه في سرعة الضوء في الهواء.

${\displaystyle {\text{المسافة}}=c{\frac {\Delta t}{2n}},}$

حيث c = 299,792.458 كم/ث هي سرعة الضوء ، و n ≈ 1.0003 هو معامل انكسار الهواء. ^{[ 17 ]}

إذا تم بث النبضات بشكل متكرر للغاية، فسيتم الخلط بين العائدات من نبضة واحدة والعائدات من النبضات السابقة، مما يؤدي إلى حسابات غير صحيحة للمسافة.

بما أن الأرض كروية، فإن شعاع الرادار في الفراغ يرتفع وفقًا لانحناء الأرض العكسي. مع ذلك، فإن للغلاف الجوي معامل انكسار يتناقص مع الارتفاع، نظرًا لتناقص كثافته. هذا يُسبب انحناءً طفيفًا لشعاع الرادار نحو الأرض، وفي حالة الغلاف الجوي القياسي، يُعادل هذا اعتبار أن انحناء الشعاع يساوي 4/3 من الانحناء الفعلي للأرض. بناءً على زاوية ارتفاع الهوائي واعتبارات أخرى، يمكن استخدام الصيغة التالية لحساب ارتفاع الهدف فوق سطح الأرض: ^{[ 18 ]}

${\displaystyle H={\sqrt {r^{2}+(k_{e}a_{e})^{2}+2rk_{e}a_{e}\sin(\theta _{e})}}-k_{e}a_{e}+h_{a},}$

أين:

r = المسافة بين الرادار والهدف،

k _e = 4/3,

a _e = نصف قطر الأرض ،

θ _e = زاوية الارتفاع فوق أفق الرادار ،

h _a = ارتفاع بوق التغذية فوق سطح الأرض.

تستخدم شبكة رادارات الطقس سلسلة من الزوايا النموذجية التي تُضبط وفقًا لاحتياجاتها. بعد كل دورة مسح، يُغيّر ارتفاع الهوائي استعدادًا للقياس التالي. تُكرر هذه العملية بزوايا متعددة لمسح كامل حجم الهواء المحيط بالرادار ضمن أقصى مدى. عادةً، تُستكمل عملية المسح في غضون 5 إلى 10 دقائق للحصول على بيانات ضمن نطاق 15  كيلومترًا فوق سطح الأرض و250 كيلومترًا  من الرادار. على سبيل المثال، في كندا،  تستخدم رادارات الطقس ذات تردد 5 سم زوايا تتراوح من 0.3 إلى 25 درجة. تُظهر الصورة المرفقة حجم الهواء الممسوح عند استخدام زوايا متعددة.

بسبب انحناء الأرض وتغير معامل الانكسار مع الارتفاع، لا يستطيع الرادار "الرؤية" أسفل الارتفاع فوق سطح الأرض الذي يمثل الزاوية الدنيا (الموضحة باللون الأخضر) أو على مسافة أقرب من الرادار من الزاوية القصوى (الموضحة كمخروط أحمر في المركز). ^{[ 19 ]}

لأن الأهداف ليست فريدة في كل حجم، يجب تطوير معادلة الرادار لتتجاوز المعادلة الأساسية. بافتراض وجود رادار أحادي الموقع حيث${\displaystyle G_{t}=A_{r}(\mathrm {or} \,G_{r})=G}$[ ^{15 ] [ 20 ]​}

${\displaystyle P_{r}=P_{t}{{G^{2}\lambda ^{2}\sigma } \over {{(4\pi )}^{3}R^{4}}}\propto {\frac {\sigma }{R^{4}}}}$

أين${\displaystyle \scriptstyle P_{r}}$الطاقة المستلمة،${\displaystyle \scriptstyle P_{t}}$الطاقة المنقولة،${\displaystyle \scriptstyle G}$يمثل كسب هوائي الإرسال/الاستقبال،${\displaystyle \scriptstyle \lambda }$هو طول موجة الرادار،${\displaystyle \scriptstyle \sigma }$يمثل المقطع العرضي الراداري للهدف و${\displaystyle \scriptstyle R}$هي المسافة من جهاز الإرسال إلى الهدف.

في هذه الحالة، يجب جمع المقاطع العرضية لجميع الأهداف: ^{[ 21 ]}

${\displaystyle \sigma ={\bar {\sigma }}=V\sum \sigma _{j}=V\eta }$

${\displaystyle {\begin{cases}V\quad =\mathrm {scanned\,\,volume} \\\qquad =\mathrm {pulse\,\,length} \times \mathrm {beam\,\,width} \\\qquad ={\frac {c\tau }{2}}{\frac {\pi R^{2}\theta ^{2}}{4}}\end{cases}}}$

أين${\displaystyle \,c}$هي سرعة الضوء،${\displaystyle \,\tau }$هي المدة الزمنية للنبضة و${\displaystyle \,\theta }$يمثل عرض الحزمة بالراديان.

بدمج المعادلتين:

${\displaystyle P_{r}=P_{t}{{G^{2}\lambda ^{2}} \over {{(4\pi )}^{3}R^{4}}}{\frac {c\tau }{2}}{\frac {\pi R^{2}\theta ^{2}}{4}}\eta =P_{t}\tau G^{2}\lambda ^{2}\theta ^{2}{\frac {c}{512(\pi ^{2})}}{\frac {\eta }{R^{2}}}}$

مما يؤدي إلى:

${\displaystyle P_{r}\propto {\frac {\eta }{R^{2}}}}$

يتناسب العائد عكسيًا مع${\displaystyle \,R^{2}}$بدلاً من${\displaystyle \,R^{4}}$. من أجل مقارنة البيانات القادمة من مسافات مختلفة من الرادار، يجب تطبيعها بهذه النسبة.

تُحلل شدة أصداء العودة من الأهداف (" الانعكاسية ") لتحديد معدل الهطول في الحجم الممسوح ضوئيًا.  وتضمن الأطوال الموجية المستخدمة (1-10 سم) أن تكون هذه العودة متناسبة مع المعدل، لأنها تقع ضمن نطاق صحة تشتت رايلي الذي ينص على أن الأهداف يجب أن تكون أصغر بكثير من الطول الموجي للموجة الماسحة (بمعامل 10).

تتغير معامل الانعكاس الذي يرصده الرادار (Z _e ) تبعًا للقوة السادسة لقطر قطرات المطر (D)، ومربع ثابت العزل الكهربائي (K) للأهداف، وتوزيع أحجام القطرات (مثل N[D] وفقًا لتوزيع مارشال-بالمر ). ينتج عن ذلك دالة غاما مقطوعة ، ^{[ 22 ]} على النحو التالي:

${\displaystyle Z_{e}=\int _{0}^{Dmax}|K|^{2}N_{0}e^{-\Lambda D}D^{6}dD}$

أما معدل الهطول (R)، من ناحية أخرى، فيساوي عدد الجسيمات وحجمها وسرعة سقوطها (v[D]) كما يلي:

${\displaystyle R=\int _{0}^{Dmax}N_{0}e^{-\Lambda D}{\pi D^{3} \over 6}v(D)dD}$

لذا فإن Z _و R لهما وظائف متشابهة يمكن حلها من خلال إعطاء علاقة بينهما، على شكل علاقة ZR :

Z = aR ^b

حيث يعتمد كل من a و b على نوع الهطول (ثلج، مطر، حمل حراري أو طبقي )، والذي له خصائص مختلفة${\displaystyle \Lambda }$، K، N ₀ و v.

• أثناء مسح الهوائي للغلاف الجوي، يحصل على قوة إشارة انعكاس معينة من كل نوع من الأهداف التي يصادفها عند كل زاوية سمت. ثم يتم حساب متوسط ​​الانعكاسية لهذا الهدف للحصول على مجموعة بيانات أفضل.
• بما أن الاختلاف في قطر وثابت العزل الكهربائي للأهداف يمكن أن يؤدي إلى تباين كبير في عودة الطاقة إلى الرادار، يتم التعبير عن الانعكاسية بوحدة dBZ (10 أضعاف لوغاريتم نسبة الصدى إلى  قطرة قياسية قطرها 1 مم تملأ نفس الحجم الممسوح ضوئيًا).

كيفية قراءة الانعكاسية على شاشة الرادار

تُوصَف إشارات الرادار عادةً باللون أو المستوى. تتراوح الألوان في صورة الرادار عادةً من الأزرق أو الأخضر للإشارات الضعيفة، إلى الأحمر أو الأرجواني للإشارات القوية جدًا. وتزداد الأرقام في التقرير الشفهي مع شدة الإشارات. على سبيل المثال، تستخدم مواقع رادار NEXRAD الوطنية الأمريكية المقياس التالي لمستويات الانعكاس المختلفة: ^{[ 23 ]}

• اللون الأرجواني: 65 ديسيبل (هطول أمطار غزيرة للغاية، > 16 بوصة (410 ملم) في الساعة، ولكن من المحتمل أن يكون بردًا)  
• أحمر: 50 ديسيبل (هطول أمطار غزيرة بمعدل 2 بوصة (51 ملم) في الساعة)  
• أصفر: 35 ديسيبل (هطول أمطار معتدل بمعدل 0.25 بوصة (6.4 ملم) في الساعة)  
• أخضر: 20 ديسيبل (هطول أمطار خفيف)

قد تشير العوائد القوية (الحمراء أو الأرجوانية) ليس فقط إلى هطول أمطار غزيرة ولكن أيضًا إلى عواصف رعدية أو برد أو رياح قوية أو أعاصير، ولكن يجب تفسيرها بعناية، للأسباب الموضحة أدناه.

مؤتمرات الطيران

عند وصف إشارات رادار الطقس، يشير الطيارون والمرسلون ومراقبو الحركة الجوية عادةً إلى ثلاثة مستويات للإشارة: ^{[ 24 ]}

• المستوى 1 يتوافق مع إشارة الرادار الخضراء، مما يشير عادةً إلى هطول أمطار خفيفة واضطرابات جوية قليلة أو معدومة، مما يؤدي إلى احتمال انخفاض مستوى الرؤية.
• المستوى 2 يتوافق مع إشارة الرادار الصفراء، مما يشير إلى هطول أمطار معتدلة، مما يؤدي إلى احتمال انخفاض الرؤية بشكل كبير، واضطراب معتدل، ورحلة غير مريحة لركاب الطائرة.
• المستوى 3 يتوافق مع إشارة رادار حمراء، مما يشير إلى هطول أمطار غزيرة، مما يؤدي إلى احتمال حدوث عواصف رعدية واضطرابات جوية شديدة وأضرار هيكلية للطائرة.

ستحاول الطائرات تجنب العودة من المستوى 2 كلما أمكن ذلك، وستتجنب دائمًا المستوى 3 ما لم تكن طائرات بحثية مصممة خصيصًا.

أنواع الهطول

تعرض بعض الشاشات التي توفرها محطات التلفزيون التجارية (المحلية والوطنية) ومواقع الطقس الإلكترونية، مثل قناة الطقس وأكيويذر ، أنواع الهطول خلال أشهر الشتاء: المطر، والثلج، والهطول المختلط ( البرد والمطر المتجمد ). ولا يُعد هذا تحليلاً لبيانات الرادار نفسها، بل معالجة لاحقة تتم باستخدام مصادر بيانات أخرى، أهمها تقارير الأرصاد الجوية السطحية ( METAR ). ^{[ 25 ]}

في المنطقة التي تغطيها أصداء الرادار، يُحدد برنامج نوع الهطول بناءً على درجة حرارة السطح ونقطة الندى المُسجلة في محطات الأرصاد الجوية . وتُعطى أنواع الهطول المُسجلة في المحطات التي يُشغلها البشر وبعض المحطات الآلية ( AWOS ) وزنًا أكبر. ^{[ 26 ]} ثم يُجري البرنامج عمليات استيفاء لإنتاج صورة بمناطق مُحددة. وتتضمن هذه العمليات أخطاء استيفاء ناتجة عن الحساب. كما تُفقد أيضًا التغيرات متوسطة النطاق في مناطق الهطول. ^{[ 25 ]} تستخدم البرامج الأكثر تطورًا مُخرجات التنبؤ العددي بالطقس من نماذج مثل NAM و WRF لتحديد أنواع الهطول، وتُطبقها كتقدير أولي على أصداء الرادار، ثم تستخدم بيانات السطح للحصول على الناتج النهائي.

إلى حين توفر بيانات الاستقطاب المزدوج (قسم الاستقطاب أدناه) على نطاق واسع، فإن أي أنواع هطول الأمطار على صور الرادار هي مجرد معلومات غير مباشرة ويجب التعامل معها بحذر.

يوجد الهطول داخل السحب وتحتها. ويتعرض الهطول الخفيف، مثل القطرات والرقائق، للتيارات الهوائية، ويمكن للرادار الماسح أن يلتقط المكون الأفقي لهذه الحركة، مما يتيح إمكانية تقدير سرعة الرياح واتجاهها في أماكن وجود الهطول.

تُحدث حركة الهدف بالنسبة لمحطة الرادار تغييرًا في تردد نبضة الرادار المنعكسة، نتيجةً لتأثير دوبلر . عند سرعات أقل من 70 مترًا في الثانية لصدى الطقس وطول موجة رادار يبلغ 10  سم، يصل هذا التغيير إلى 0.1 جزء في المليون فقط . هذا الفرق ضئيل جدًا بحيث لا يمكن رصده بواسطة الأجهزة الإلكترونية. مع ذلك، ونظرًا لتحرك الأهداف بشكل طفيف بين كل نبضة وأخرى، فإن الموجة المرتدة تُظهر فرقًا ملحوظًا في الطور أو إزاحة طورية من نبضة إلى أخرى.

معضلة دوبلر

يمكن أن يختلف الطور بين أزواج النبضات من -${\displaystyle \pi }$و+${\displaystyle \pi }$، لذا فإن نطاق سرعة دوبلر غير الملتبس هو ^{[ 15 ]}

V _max =${\displaystyle \pm }$${\displaystyle {\frac {\lambda }{4\Delta t}}}$

تُسمى هذه السرعة بسرعة نايكويست . وهي تتناسب عكسيًا مع الفترة الزمنية بين النبضات المتتالية: فكلما صغرت الفترة، زاد نطاق السرعة الواضح. ومع ذلك، نعلم أن أقصى مدى من الانعكاسية يتناسب طرديًا مع ${\displaystyle \Delta t}$:

س =${\displaystyle {\frac {c\Delta t}{2}}}$

يُصبح الخيار إما زيادة مدى الانعكاس على حساب مدى السرعة، أو زيادة مدى السرعة على حساب مدى الانعكاس. وبشكل عام، يُعتبر المدى الأمثل للانعكاس بين 100 و150  كيلومترًا. هذا يعني أنه بالنسبة لطول موجة 5  سم (كما هو موضح في الرسم البياني)، يُنتج مدى سرعة واضح يتراوح بين 12.5 و18.75 مترًا/ثانية (لمدى 150  كيلومترًا و100  كيلومتر على التوالي). أما بالنسبة لرادار بطول موجة 10  سم مثل رادار NEXRAD، ^{[ 15 ]} فسيتضاعف مدى السرعة الواضح.

تتيح بعض التقنيات التي تستخدم ترددين متناوبين لتكرار النبضات (PRF) نطاق دوبلر أوسع. قد تتساوى السرعات المسجلة مع معدل النبض الأول أو تختلف عن تلك المسجلة مع معدل النبض الثاني. على سبيل المثال، إذا كانت السرعة القصوى عند معدل معين 10 أمتار/ثانية، والسرعة القصوى عند معدل آخر 15  مترًا/ثانية، فإن البيانات الواردة من كلا المعدلين ستكون متطابقة حتى 10  أمتار/ثانية، ثم تختلف بعد ذلك. عندئذٍ، يُمكن إيجاد علاقة رياضية بين الموجتين وحساب السرعة الحقيقية متجاوزةً حدود ترددي تكرار النبضات.

تفسير دوبلر

في عاصفة مطرية منتظمة تتحرك شرقًا، سيرصد شعاع الرادار الموجه غربًا قطرات المطر وهي تتحرك نحوه، بينما سيرصد الشعاع الموجه شرقًا القطرات وهي تتحرك بعيدًا عنه. وعندما يمسح الشعاع باتجاه الشمال أو الجنوب، لا تُلاحظ أي حركة نسبية. ^{[ 15 ]}

ملخص

في تحليل البيانات على نطاق واسع ، يستطيع المستخدم استخراج بيانات الرياح عند مستويات مختلفة ضمن منطقة تغطية الرادار. وبما أن شعاع الرادار يمسح بزاوية 360 درجة حوله، فإن البيانات ستأتي من جميع هذه الزوايا، وستكون عبارة عن إسقاط شعاعي للرياح الفعلية على كل زاوية. ويمكن تمثيل نمط شدة الرياح الناتج عن هذا المسح بمنحنى جيب التمام (أقصى قيمة في اتجاه حركة الهطول، وصفر في الاتجاه العمودي). ومن ثم، يمكن حساب اتجاه وقوة حركة الجسيمات طالما توفرت تغطية كافية على شاشة الرادار.

مع ذلك، تتساقط قطرات المطر. ولأن الرادار لا يرصد سوى المركبة الشعاعية، وله ارتفاع معين عن سطح الأرض، فإن السرعات الشعاعية تتأثر بجزء من سرعة السقوط. هذه المركبة ضئيلة عند زوايا الارتفاع الصغيرة، ولكن يجب أخذها في الحسبان عند زوايا المسح العالية. ^{[ 15 ]}

المقياس المتوسط

قد تتضمن بيانات السرعة مناطق أصغر ضمن نطاق تغطية الرادار حيث تختلف سرعة الرياح عن تلك المذكورة سابقًا. على سبيل المثال، تُعد العاصفة الرعدية ظاهرة متوسطة النطاق ، وغالبًا ما تتضمن دورانات واضطرابات . قد لا تغطي هذه العواصف سوى بضعة كيلومترات مربعة، ولكنها مرئية من خلال تغيرات السرعة الشعاعية. يمكن للمستخدمين تمييز أنماط سرعة الرياح المرتبطة بالدورات، مثل الإعصار المتوسط ، والتقارب ( حدود التدفق الخارجي )، والتباعد ( الهبوب الهابط ).

تميل قطرات الماء السائل المتساقطة إلى امتلاك محور أفقي أكبر بسبب معامل مقاومة الهواء أثناء سقوطها. وهذا ما يجعل ثنائي قطب جزيء الماء موجهاً في ذلك الاتجاه؛ لذا، فإن أشعة الرادار، بشكل عام، تكون مستقطبة أفقياً من أجل استقبال أقصى انعكاس للإشارة .

إذا تم إرسال نبضتين في وقت واحد باستقطاب متعامد (رأسي وأفقي، Z_{_V} و Z_{_H} على التوالي)، فسيتم استقبال مجموعتين مستقلتين من البيانات. ويمكن مقارنة هاتين الإشارتين بعدة طرق مفيدة: ^{[ 27 ] [ 28 ]}

• الانعكاسية التفاضلية ( Z _dr ) - تتناسب الانعكاسية التفاضلية طرديًا مع نسبة الطاقة المنعكسة أفقيًا إلى الطاقة المنعكسة رأسيًا، أي Z _H / Z _V. وهي، من بين أمور أخرى، مؤشر جيد لشكل القطرة. كما يمكن أن توفر الانعكاسية التفاضلية تقديرًا لمتوسط ​​حجم القطرة، حيث أن القطرات الأكبر حجمًا أكثر عرضة للتشوه بفعل القوى الديناميكية الهوائية من القطرات الأصغر (أي أن القطرات الأكبر حجمًا أكثر عرضة لأن تصبح على شكل "خبز البرجر") أثناء سقوطها في الهواء.
• معامل الارتباط ( ρ _hv ) – ارتباط إحصائي بين انعكاسات الطاقة الأفقية والرأسية. تشير القيم العالية، القريبة من الواحد، إلى أنواع هطول متجانسة، بينما تشير القيم المنخفضة إلى مناطق ذات أنواع هطول مختلطة، مثل المطر والثلج، أو البَرَد، أو في الحالات القصوى، حطام معلق في الهواء، والذي يتزامن عادةً مع بصمة حطام الإعصار وبصمة دوامة الإعصار .
• نسبة إزالة الاستقطاب الخطي ( LDR ) - هي نسبة الطاقة العائدة عموديًا من نبضة أفقية أو الطاقة العائدة أفقيًا من نبضة عمودية. ويمكن أن تشير أيضًا إلى المناطق التي يوجد فيها مزيج من أنواع الهطول.
• الطور التفاضلي (${\displaystyle \Phi _{dp}}$الطور التفاضلي هو مقارنة بين فرق الطور العائد بين النبضات الأفقية والرأسية. وينتج هذا التغير في الطور عن اختلاف عدد دورات الموجة (أو أطوالها الموجية) على طول مسار الانتشار للموجات المستقطبة أفقيًا ورأسيًا. ويجب عدم الخلط بينه وبين انزياح تردد دوبلر، الناتج عن حركة السحب وجزيئات الهطول. وعلى عكس الانعكاسية التفاضلية ومعامل الارتباط ونسبة إزالة الاستقطاب الخطي، التي تعتمد جميعها على القدرة المنعكسة، فإن الطور التفاضلي هو "تأثير انتشار". وهو مؤشر جيد جدًا لمعدل هطول الأمطار ولا يتأثر بالتوهين . ويمكن استخدام مشتق المدى للطور التفاضلي (الطور التفاضلي النوعي، K _dp ) لتحديد مناطق الهطول/التوهين الشديد.

بفضل المزيد من المعلومات حول شكل الجسيمات، تستطيع رادارات الاستقطاب المزدوج التمييز بسهولة أكبر بين الحطام المحمول جواً والهطول، مما يسهل تحديد مواقع الأعاصير . ^{[ 29 ]}

بفضل هذه المعرفة الجديدة المضافة إلى بيانات الانعكاسية والسرعة وعرض الطيف التي تنتجها رادارات دوبلر للأرصاد الجوية، يعمل الباحثون على تطوير خوارزميات لتمييز أنواع الهطول، والأهداف غير المناخية، ولإنتاج تقديرات أدق لتراكم الأمطار. ^{[ 27 ] [ 30 ] [ 31 ]} وفي الولايات المتحدة، يُعد المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي (NCAR) والمختبر الوطني للرصد الجوي (NSSL) من الرواد العالميين في هذا المجال. ^{[ 27 ] [ 32 ]}

أنشأت الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) مركزًا تجريبيًا لرادار ثنائي الاستقطاب في مختبر الرصد الوطني للأرصاد الجوية (NSSL)، وزودت جميع رادارات NEXRAD  ذات 10 سم بتقنية الاستقطاب المزدوج، وقد اكتمل ذلك في أبريل 2013. ^{[ 12 ]} في عام 2004، تم تجهيز رادار ARMOR دوبلر للأرصاد الجوية في هانتسفيل، ألاباما، بجهاز استقبال هوائي SIGMET، مما منح المشغل إمكانيات الاستقطاب المزدوج. قام مرصد جيه إس مارشال للرادار التابع لجامعة ماكجيل في مونتريال ، كندا، بتحويل جهازه (1999) ^{[ 33 ]} ، واستُخدمت البيانات بشكل تشغيلي من قبل هيئة البيئة الكندية في مونتريال حتى إغلاقه في عام 2018. ^{[ 34 ] [ 35 ]} تم تزويد رادار آخر تابع لهيئة البيئة الكندية، في كينغ سيتي (شمال تورنتو )، بتقنية الاستقطاب المزدوج في عام 2005؛ ^{[ 36 ]} وهو يستخدم طول موجة 5 سم، مما يؤدي إلى توهين أكبر . ^{[ 37 ]} تقوم وزارة البيئة الكندية بتحويل جميع راداراتها تدريجياً إلى رادارات ثنائية الاستقطاب. ^{[ 38 ]} تخطط هيئة الأرصاد الجوية الفرنسية (Météo-France) لإدراج رادار دوبلر ثنائي الاستقطاب ضمن تغطية شبكتها. ^{[ 39 ]} 

بما أن البيانات تُجمع من زاوية واحدة في كل مرة، فقد كانت الطريقة الأولى لعرضها هي مؤشر موقع الخطة (PPI)، وهو عبارة عن تخطيط لإشارة الرادار المرتدة على صورة ثنائية الأبعاد. ومن المهم الإشارة إلى أن البيانات القادمة من مسافات مختلفة إلى الرادار تكون على ارتفاعات مختلفة فوق سطح الأرض.

يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية، إذ إنّ معدل هطول الأمطار المرتفع الذي يُرصد بالقرب من الرادار يُقارب كمية الأمطار التي تصل إلى سطح الأرض، بينما تُرى كمية الأمطار من  على بُعد 160 كيلومترًا على ارتفاع 1.5  كيلومتر تقريبًا، وقد تختلف اختلافًا كبيرًا عن الكمية التي تصل إلى السطح. ولذلك، يصعب مقارنة صدى الطقس على مسافات مختلفة من الرادار.

تتأثر مؤشرات التداخل المكاني (PPIs) بأصداء الأرض القريبة من الرادار، والتي قد تُفسَّر خطأً على أنها أصداء حقيقية. وقد طُوِّرت منتجات أخرى ومعالجات إضافية للبيانات لسد هذه النواقص.

الاستخدام: يمكن استخدام بيانات الانعكاسية، وبيانات دوبلر، وبيانات الاستقطاب باستخدام مؤشر PPI.

في حالة بيانات دوبلر، تتوفر زاويتان للرؤية: إما بالنسبة للسطح أو بالنسبة للعاصفة. عند دراسة الحركة العامة للأمطار لاستخلاص بيانات الرياح على ارتفاعات مختلفة، يُفضل استخدام البيانات المتعلقة بالرادار. أما عند البحث عن الدوران أو قص الرياح تحت عاصفة رعدية، فيُفضل استخدام صور متعلقة بالعاصفة تطرح الحركة العامة للهطول، مما يتيح للمستخدم رؤية حركة الهواء كما لو كان يجلس فوق السحابة.

لتجنب بعض مشاكل مؤشر موقع الطائرة (PPI)، طوّر باحثون كنديون مؤشر موقع الطائرة ذي الارتفاع الثابت (CAPPI). وهو عبارة عن مقطع عرضي أفقي لبيانات الرادار. بهذه الطريقة، يمكن مقارنة الهطول على قدم المساواة عند مسافات مختلفة من الرادار وتجنب صدى الأرض. على الرغم من أن البيانات تُجمع على ارتفاع معين فوق سطح الأرض، إلا أنه يمكن استنتاج علاقة بين تقارير المحطات الأرضية وبيانات الرادار.

تتطلب مؤشرات CAPPI عددًا كبيرًا من الزوايا، من شبه الأفقي إلى شبه الرأسي للرادار، للحصول على قطع قريب قدر الإمكان من الارتفاع المطلوب على جميع المسافات. مع ذلك، بعد مسافة معينة، لا تتوفر أي زاوية، ويصبح مؤشر CAPPI هو مؤشر PPI لأقل زاوية. يوضح الخط المتعرج في مخطط الزوايا أعلاه البيانات المستخدمة لإنتاج مؤشرات CAPPI لارتفاعي 1.5  كم و4  كم. لاحظ أن الجزء بعد 120  كم يستخدم البيانات نفسها.

الاستخدام

بما أن نظام CAPPI يستخدم أقرب زاوية للارتفاع المطلوب عند كل نقطة من الرادار، فقد تأتي البيانات من ارتفاعات مختلفة قليلاً، كما هو موضح في الصورة، في نقاط مختلفة من نطاق تغطية الرادار. لذا، من الضروري وجود عدد كافٍ من زوايا القياس لتقليل هذا التغير في الارتفاع. علاوة على ذلك، يجب أن يتغير نوع البيانات تدريجيًا مع الارتفاع لإنتاج صورة خالية من التشويش.

نظرًا لأن بيانات الانعكاسية تتسم بثبات نسبي مع الارتفاع، تُستخدم صور CAPPI في الغالب لعرضها. أما بيانات السرعة، فتتغير اتجاهها بسرعة مع الارتفاع، ولذا فإن صور CAPPI الخاصة بها ليست شائعة. ويبدو أن جامعة ماكجيل هي الجامعة الوحيدة التي تُنتج بانتظام صور CAPPI دوبلر بالزوايا الـ 24 المتاحة على رادارها. ^{[ 40 ]} مع ذلك، نشر بعض الباحثين أوراقًا بحثية تستخدم صور CAPPI للسرعة لدراسة الأعاصير المدارية وتطوير منتجات NEXRAD . ^{[ 41 ]} أخيرًا، تُعد البيانات الاستقطابية حديثة وغالبًا ما تكون مشوشة. ولا يبدو أن هناك استخدامًا منتظمًا لصور CAPPI معها، على الرغم من أن شركة SIGMET تُقدم برنامجًا قادرًا على إنتاج هذا النوع من الصور. ^{[ 42 ]}

Another solution to the PPI problems is to produce images of the maximum reflectivity in a layer above ground. This solution is usually taken when the number of angles available is small or variable. The American National Weather Service is using such Composite as their scanning scheme can vary from 4 to 14 angles, according to their need, which would make very coarse CAPPIs. The Composite assures that no strong echo is missed in the layer and a treatment using Doppler velocities eliminates the ground echoes. Comparing base and composite products, one can locate virga and updrafts zones.

Another important use of radar data is the ability to assess the amount of precipitation that has fallen over large basins, to be used in hydrological calculations; such data is useful in flood control, sewer management and dam construction. The computed data from radar weather may be used in conjunction with data from ground stations.

To produce radar accumulations, we have to estimate the rain rate over a point by the average value over that point between one PPI, or CAPPI, and the next; then multiply by the time between those images. If one wants for a longer period of time, one has to add up all the accumulations from image to image during that time.

Aviation is a heavy user of radar data. One map particularly important in this field is the Echotops for flight planning and avoidance of dangerous weather. Most country weather radars scan enough angles to have a 3D set of data over the area of coverage. It is relatively easy to estimate the maximum altitude at which precipitation is found within the volume. However, those are not the tops of clouds, as they always extend above the precipitation.

To know the vertical structure of clouds, in particular thunderstorms or the level of the melting layer, a vertical cross-section product of the radar data is available to meteorologists. This is done by displaying only the data along a line, from coordinates A to B, taken from the different angles scanned.

When a weather radar is scanning in only the vertical axis, it can obtain data at the same resolution as PPI scans, as opposed to the often coarse interpolation from volumes, of which the scans therein are often separated in time by several minutes and thousands of feet. This output is called a Range Height Indicator (RHI), which is excellent for viewing the detailed smaller-scale vertical structure of a storm. As mentioned, this is different from the vertical cross section mentioned above, namely due to the fact that the radar antenna is scanning solely vertically, and does not scan over the entire 360 degrees around the site. This kind of product is typically only available on research radars.

Over the past few decades, radar networks have been extended to allow the production of composite views covering large areas. For instance, countries such as the United States, Canada, Australia, Japan, and much of Europe, combine images from their radar network into a singular display.

In fact, such a network can consist of different types of radar with different characteristics like beam width, wavelength and calibration. These differences have to be taken into account when matching data across the network, particularly when deciding what data to use when two radars cover the same point. If one uses the stronger echo but it comes from the most distant radar, one uses returns that are from higher altitude coming from rain or snow that might evaporate before reaching the ground (virga). If one uses data from the closest radar, it might be attenuated by passing through a thunderstorm. Composite images of precipitations using a network of radars are made with all those limitations in mind.

To help meteorologists spot dangerous weather, mathematical algorithms have been introduced in the weather radar treatment programmes. These are particularly important in analyzing the Doppler velocity data as they are more complex. The polarization data will even need more algorithms.

Main algorithms for reflectivity:^[15]

• Vertically Integrated Liquid (VIL) is an estimate of the total mass of precipitation in the clouds.
• VIL Density is VIL divided by the height of the cloud top. It is a clue to the possibility of large hail in thunderstorms.
• هبات الرياح المحتملة ، والتي يمكنها تقدير الرياح تحت السحابة (التيار الهابط) باستخدام VIL وارتفاع قمم الصدى (قمة السحابة المقدرة بالرادار) لخلية عاصفة معينة.
• خوارزميات لتقدير وجود البَرَد وحجمه المحتمل.

الخوارزميات الرئيسية لحساب سرعات دوبلر: ^{[ 15 ]}

• كشف الأعاصير المتوسطة : يتم تفعيله بتغير في السرعة فوق منطقة دائرية صغيرة. تبحث الخوارزمية عن " زوج " من السرعات الداخلة والخارجة مع خط صفري للسرعات بينهما، على طول خط شعاعي من الرادار. عادةً، يجب العثور على كشف الأعاصير المتوسطة على ميلين متتاليين أو أكثر للشعاع ليكون دالًا على الدوران إلى سحابة عاصفة رعدية.
• تعتمد خوارزمية TVS، أو خوارزمية توقيع دوامة الإعصار، بشكل أساسي على رصد إعصار متوسط ​​الحجم ذي عتبة سرعة عالية من خلال زوايا مسح متعددة. تُستخدم هذه الخوارزمية في نظام NEXRAD للإشارة إلى احتمالية تشكل إعصار.
• قص الرياح في المستويات المنخفضة. تكشف هذه الخوارزمية عن تباين سرعات الرياح من نقطة إلى أخرى في البيانات، وتبحث عن زوج من سرعات الدخول/الخروج مع خط الصفر العمودي على شعاع الرادار. يرتبط قص الرياح بالتيارات الهابطة ( الرياح الهابطة والرياح الهابطة الصغيرة )، وجبهات العواصف ، والاضطرابات الجوية المصاحبة للعواصف الرعدية.
• يُعد ملف تعريف الرياح VAD (VWP) عبارة عن شاشة عرض تُقدّر اتجاه وسرعة الرياح الأفقية في مختلف المستويات العليا من الغلاف الجوي، باستخدام التقنية الموضحة في قسم دوبلر.

يمكن أن تُظهر الرسوم المتحركة لمنتجات الرادار تطور أنماط الانعكاس والسرعة. يستطيع المستخدم استخلاص معلومات حول ديناميكيات الظواهر الجوية، بما في ذلك القدرة على استقراء الحركة ومراقبة تطورها أو تلاشيها. كما يمكن أن يكشف ذلك عن تشوهات غير جوية (أصداء زائفة) سيتم تناولها لاحقًا.

شاشة عرض مدمجة بالرادار مع عناصر جغرافية مكانية

يُعدّ عرض بيانات رادار الطقس المتكامل مع العناصر الجغرافية المكانية (RIDGE) أحد أساليب العرض الشائعة الجديدة في الولايات المتحدة، حيث تُعرض بيانات الرادار على خريطة تتضمن عناصر جغرافية مكانية مثل خرائط التضاريس والطرق السريعة وحدود الولايات/المقاطعات والتحذيرات الجوية. يتميز هذا العرض بمرونته، مما يتيح للمستخدم اختيار عناصر جغرافية متنوعة. ويُستخدم غالبًا بالتزامن مع رسوم متحركة لبيانات الرادار على مدى فترة زمنية محددة. ^{[ 44 ] [ 45 ]}

الافتراض الأول هو أن شعاع الرادار يتحرك عبر هواء يبرد بمعدل معين مع الارتفاع. ويعتمد موقع الصدى بشكل كبير على هذه الفرضية. ومع ذلك، قد يختلف الغلاف الجوي الحقيقي اختلافًا كبيرًا عن الوضع الطبيعي.

لتقدير معدل الهطول بدقة، يجب أن تكون الأهداف أصغر بعشر مرات من موجة الرادار وفقًا لتشتت رايلي. ^{[ 15 ]} وذلك لأن جزيء الماء يحتاج إلى الإثارة بواسطة موجة الرادار ليعكسها. وينطبق هذا نسبيًا على المطر أو الثلج، حيث  تُستخدم عادةً رادارات بأطوال موجية 5 أو 10 سم.

مع ذلك، بالنسبة للهيدروميتورات الكبيرة جدًا، نظرًا لأن طول الموجة قريب من طول الحجر، فإن الإشارة المرتدة تستقر وفقًا لنظرية مي . من المرجح أن تأتي إشارة مرتدة تزيد عن 55 ديسيبل من البَرَد، لكنها لن تتناسب طرديًا مع حجمه. من ناحية أخرى، فإن الأهداف الصغيرة جدًا، مثل قطرات السحب، صغيرة جدًا بحيث لا يمكن إثارتها، ولا تُعطي إشارة مرتدة قابلة للتسجيل على رادارات الطقس الشائعة.

كما هو موضح في بداية المقال، فإن لأشعة الرادار بُعدًا فيزيائيًا، ويتم أخذ عينات البيانات عند زوايا منفصلة، ​​وليس بشكل مستمر، على طول كل زاوية ارتفاع. ^{[ 46 ]} ينتج عن ذلك متوسط ​​قيم الانعكاسات والسرعات وبيانات الاستقطاب على حجم الدقة الممسوحة ضوئيًا.

في الشكل الموجود على اليسار، في الأعلى، صورة لعاصفة رعدية التقطها جهاز قياس سرعة الرياح أثناء مروره فوق المنطقة. تُشبه هذه الصورة مقطعًا رأسيًا للسحابة بدقة 150 مترًا رأسيًا و30 مترًا أفقيًا. يُلاحظ تباين كبير في الانعكاسية على مسافة قصيرة. قارن هذا مع صورة مُحاكاة لما قد يرصده رادار طقس عادي على بُعد 60  كيلومترًا، في أسفل الشكل. تم تنعيم جميع التفاصيل. لا يقتصر الأمر على أن دقة الرادار المنخفضة تُشوش الصورة، بل إن قياسات الرادار تشمل أيضًا مناطق خالية من الصدى، مما يُوسع نطاق العاصفة الرعدية إلى ما وراء حدودها الحقيقية.

يُظهر هذا كيف أن مخرجات رادار الطقس ليست سوى تقريب للواقع. تُقارن الصورة على اليمين بيانات حقيقية من رادارين متجاورين تقريبًا. يتميز رادار TDWR بعرض حزمة يبلغ نصف عرض حزمة الرادار الآخر تقريبًا، ويمكن رؤية تفاصيل أكثر بمرتين مما هو عليه الحال مع رادار NEXRAD.

يمكن تحسين الدقة باستخدام أجهزة أحدث، لكن بعض الأمور لا يمكن تحسينها. كما ذُكر سابقًا، يزداد حجم المنطقة الممسوحة ضوئيًا مع المسافة، وبالتالي تزداد احتمالية أن يكون شعاع المسح غير مكتمل. يؤدي هذا إلى التقليل من تقدير معدل الهطول عند المسافات البعيدة، ويُضلل المستخدم فيظن أن المطر أخف كلما ابتعد.

يتميز شعاع الرادار بتوزيع طاقة مشابه لنمط حيود الضوء المار عبر شق. ^{[ 15 ]} ويعود ذلك إلى انتقال الموجة إلى الهوائي المكافئ عبر شق في الدليل الموجي عند البؤرة. تتركز معظم الطاقة في مركز الشعاع، وتتناقص على طول منحنى قريب من دالة غاوسية على كل جانب. مع ذلك، توجد قمم انبعاث ثانوية ترصد الأهداف بزوايا مختلفة عن المركز. يسعى المصممون إلى تقليل الطاقة المنقولة عبر هذه الفصوص، لكن لا يمكن التخلص منها تمامًا.

عندما يصطدم فص ثانوي بهدف عاكس، كجبل أو عاصفة رعدية قوية، ينعكس جزء من الطاقة إلى الرادار. هذه الطاقة ضعيفة نسبيًا، لكنها تصل في نفس الوقت الذي تُضيء فيه الذروة المركزية سمتًا مختلفًا. وبالتالي، يُخطئ برنامج المعالجة في تحديد موقع الصدى. ويؤدي هذا إلى توسيع صدى الطقس الحقيقي، مُحدثًا تشويشًا للقيم الأضعف على جانبيه. وهذا بدوره يدفع المستخدم إلى المبالغة في تقدير مدى الصدى الحقيقي. ^{[ 46 ]}

لا يقتصر ما في السماء على المطر والثلج فقط. فقد تُفسّر رادارات الطقس أجسامًا أخرى على أنها مطر أو ثلج. إذ تجرف الرياح السائدة الحشرات والمفصليات ، بينما تتبع الطيور مسارها الخاص. ^{[ 48 ]} ولذلك، فإن أنماط الخطوط الدقيقة في صور رادار الطقس، المرتبطة بالرياح المتقاربة، تهيمن عليها ارتدادات الحشرات. ^{[ 49 ]} وتؤدي هجرة الطيور، التي تحدث عادةً خلال الليل في أدنى 2000 متر من الغلاف الجوي للأرض ، إلى تشويش بيانات سرعة الرياح التي يجمعها رادار الطقس، وخاصةً رادار WSR-88D ، وذلك بزيادة ارتدادات الرياح البيئية بمقدار 30-60  كم/ساعة. ^{[ 50 ]} وتشمل الأجسام الأخرى في صور الرادار ما يلي: ^{[ 46 ]}

• شرائح معدنية رقيقة ( رقائق معدنية ) تُسقطها الطائرات العسكرية لخداع الأعداء.
• العوائق الصلبة مثل الجبال والمباني والطائرات.
• فوضى أرضية وبحرية.
• انعكاسات من المباني المجاورة ("النتوءات الحضرية").

تتمتع هذه الأجسام الدخيلة بخصائص تمكن العين الخبيرة من تمييزها. كما يمكن إزالة بعضها من خلال معالجة البيانات لاحقاً باستخدام بيانات الانعكاسية، وتأثير دوبلر، والاستقطاب.

يمكن لشفرات طواحين الهواء الدوارة في مزارع الرياح الحديثة أن تعيد شعاع الرادار إلى الرادار إذا كانت في مساره. ونظرًا لحركة الشفرات، فإن الصدى يكون له سرعة، وقد يُشتبه به خطأً على أنه هطول حقيقي للأمطار. ^{[ 51 ]} كلما اقتربت مزرعة الرياح، زادت قوة الصدى، وتزداد قوة الإشارة المُجمعة من العديد من الأبراج. في بعض الظروف، يمكن للرادار حتى رصد سرعات متجهة نحو الخارج وبعيدة عنه، مما يُولد نتائج إيجابية خاطئة لخوارزمية تحديد دوامة الإعصار في رادار الطقس؛ وقد حدث ذلك في عام 2009 في مدينة دودج سيتي بولاية كانساس . ^{[ 52 ]}

كما هو الحال مع الهياكل الأخرى التي تقع في مسار الشعاع، فإن توهين إشارات الرادار القادمة من خلف طواحين الهواء قد يؤدي أيضًا إلى التقليل من شأنها.

يمكن أن تمتص الأمطار الموجات الميكروية المستخدمة في رادارات الطقس، وذلك بحسب الطول الموجي المستخدم. بالنسبة  لرادارات 10 سم، يكون هذا التوهين ضئيلاً. ^{[ 15 ]} لهذا السبب، تستخدم الدول التي تشهد عواصف ذات محتوى مائي عالٍ  أطوال موجية تبلغ 10 سم، كما هو الحال في رادار NEXRAD الأمريكي. ويُعوّض هذا التوفير تكلفة الهوائي الأكبر حجمًا، والكليسترون، والمعدات الأخرى ذات الصلة.

بالنسبة  لرادار بتردد 5 سم، يصبح امتصاص الموجات مهمًا في الأمطار الغزيرة، ويؤدي هذا التوهين إلى التقليل من تقدير صدى الموجات داخل العواصف الرعدية القوية وخارجها. ^{[ 15 ]} تستخدم كندا ودول شمالية أخرى هذا النوع الأقل تكلفة من الرادار نظرًا لأن هطول الأمطار في هذه المناطق يكون عادةً أقل كثافة؛ ومع ذلك، يجب على المستخدمين مراعاة هذه الخاصية عند تفسير البيانات. تُظهر الصور أعلاه كيف يبدو خط قوي من الصدى وكأنه يختفي أثناء تحركه فوق الرادار. وللتعويض عن هذا السلوك، غالبًا ما يتم اختيار مواقع الرادار بحيث تتداخل تغطيتها إلى حد ما لإعطاء وجهات نظر مختلفة لنفس العواصف في حال حدوث توهين.

تتعرض الموجات الأقصر لتوهين أكبر، وغالبًا ما تكون مفيدة فقط في التطبيقات قصيرة المدى ^{[ 15 ]} ، ولذلك، تمتلك العديد من محطات التلفزيون في الولايات المتحدة  رادارات بتردد 5 سم لتغطية منطقة جمهورها. إن معرفة حدود هذه الرادارات واستخدامها بالتزامن مع رادارات NEXRAD المحلية يمكن أن يُكمّل البيانات المتاحة لخبير الأرصاد الجوية.

نظراً لانتشار أنظمة الرادار ثنائية الاستقطاب، تُطبّق حالياً خدمات الأرصاد الجوية التشغيلية أساليب فعّالة وقوية لتعويض تأثير المطر. ^{[ 53 ] [ 54 ] [ 55 ]} ويُعدّ تصحيح تأثير جزيئات الثلج في رادارات الأرصاد الجوية موضوعاً بحثياً نشطاً. ^{[ 56 ]}

تعتمد انعكاسية شعاع الرادار على قطر الهدف وقدرته على الانعكاس. رقاقات الثلج كبيرة ولكنها ضعيفة الانعكاس، بينما قطرات المطر صغيرة ولكنها عالية الانعكاس. ^{[ 15 ] [ 57 ]}

عندما يتساقط الثلج عبر طبقة فوق درجة التجمد، يذوب متحولًا إلى مطر. وباستخدام معادلة الانعكاسية، يمكن إثبات أن الإشارات المرتدة من الثلج قبل الذوبان والمطر بعده لا تختلف كثيرًا، إذ يعوض التغير في ثابت العزل الكهربائي التغير في الحجم. مع ذلك، خلال عملية الذوبان، "ترى" موجة الرادار ما يشبه قطرات كبيرة جدًا، حيث تُغطى رقاقات الثلج بالماء. ^{[ 15 ] [ 57 ]}

يُنتج هذا ارتدادات مُحسّنة قد تُشتبه في كونها هطولات مطرية أقوى. في جهاز PPI، يظهر هذا على شكل حلقة مطرية كثيفة عند الارتفاع الذي يتقاطع فيه شعاع الجهاز مع مستوى الانصهار، بينما في سلسلة من أجهزة CAPPI، ستظهر الصدى الأقوى فقط في الأجهزة القريبة من ذلك المستوى. من الطرق الجيدة لتأكيد وجود نطاق ساطع إجراء مقطع عرضي رأسي عبر البيانات، كما هو موضح في الصورة أعلاه. ^{[ 46 ]}

تتمثل المشكلة المعاكسة في أن الرذاذ (الهطول بقطر قطرات ماء صغيرة) لا يظهر عادةً على الرادار لأن إشارات الرادار تتناسب مع القوة السادسة لقطر القطرة.

يُفترض أن شعاع الرادار يصطدم بالأهداف الجوية ويعود مباشرةً إلى الرادار. في الواقع، تنعكس الطاقة في جميع الاتجاهات. معظم هذه الطاقة ضعيفة، وتؤدي الانعكاسات المتعددة إلى إضعافها أكثر، لذا فإن ما يمكن أن يعود إلى الرادار من مثل هذه الظاهرة ضئيل للغاية. مع ذلك، تسمح بعض الحالات باستقبال شعاع رادار ذي انعكاسات متعددة بواسطة هوائي الرادار. ^{[ 15 ]} على سبيل المثال، عندما يصطدم الشعاع بالبرد، تنعكس الطاقة المنتشرة نحو الأرض المبتلة عائدةً إلى البرد ثم إلى الرادار. يكون الصدى الناتج ضعيفًا ولكنه ملحوظ. نظرًا لطول المسار الإضافي الذي يقطعه، يصل الصدى إلى الهوائي متأخرًا ويكون أبعد من مصدره. ^{[ 58 ]} ينتج عن ذلك ما يشبه مثلثًا من الانعكاسات الضعيفة الزائفة التي تقع شعاعيًا خلف البرد. ^{[ 46 ]}

تُظهر هاتان الصورتان ما يُمكن تحقيقه من خلال تنقية بيانات الرادار. في الصورة الأولى، المُستخرجة من البيانات الخام، يصعب تمييز حالة الطقس الحقيقية. ولأنّ سحب المطر والثلج عادةً ما تكون متحركة، يُمكن استخدام سرعات دوبلر لإزالة جزء كبير من التشويش (صدى الأرض، وانعكاسات المباني التي تظهر على شكل قمم حضرية، وانتشار الموجات الشاذ). أما الصورة الأخرى، فقد تمّت معالجتها باستخدام هذه الخاصية.

مع ذلك، لا تبقى جميع الأهداف غير المتعلقة بالأرصاد الجوية ثابتة (كالطيور والحشرات والغبار). فبعضها الآخر، كالشريط الساطع، يعتمد على بنية الهطول. يوفر الاستقطاب تصنيفًا مباشرًا للأصداء، ما يُمكن استخدامه لتصفية البيانات الخاطئة أو إنتاج صور منفصلة لأغراض متخصصة، مثل مجموعات فرعية من التشويش والطيور، وما إلى ذلك. ^{[ 59 ] [ 60 ]}

في السنوات الأخيرة، برزت تقنيات المنطق الضبابي كبديل لتخفيف التشويش. وقد استُخدمت على نطاق واسع طرق آلية لمعالجة بيانات الانعكاسية ثنائية الأبعاد لتحديد التشويش الأرضي بناءً على خصائص التشويش النموذجية مثل ثبات الصدى، وضيق نطاق الطيف، ومحدودية الامتداد الرأسي. ويمكن استخدام خوارزميات تعتمد على النسيج، وتستند إلى التغير الأفقي للانعكاسية، لإنشاء خريطة تشويش احتمالية تُحدد احتمالية وجود التشويش لكل بكسل راداري، وذلك لرصد التشويش المستمر. ^{[ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]}

ثمة سؤال آخر يتعلق بالدقة. كما ذُكر، تمثل بيانات الرادار متوسط ​​حجم المنطقة الممسوحة بواسطة الشعاع. ويمكن تحسين الدقة باستخدام هوائيات أكبر أو شبكات أكثر كثافة. ويهدف برنامجٌ تابعٌ لمركز الاستشعار التكيفي التعاوني للغلاف الجوي (CASA) إلى استكمال شبكة NEXRAD (الموجودة في الولايات المتحدة) باستخدام العديد من  رادارات الطقس منخفضة التكلفة من النطاق X (3 سم) المثبتة على أبراج الهواتف الخلوية. ^{[ 64 ] [ 65 ]} ستقوم هذه الرادارات بتقسيم منطقة NEXRAD الواسعة إلى نطاقات أصغر لدراسة الارتفاعات التي تقل عن أدنى زاوية لها، مما سيوفر تفاصيل غير متاحة بطريقة أخرى.

باستخدام  رادارات بتردد 3 سم، يكون هوائي كل رادار صغيرًا (قطره حوالي متر واحد)، لكن دقته مماثلة لدقة رادار NEXRAD على مسافات قصيرة. ويُلاحظ توهين كبير بسبب الطول الموجي المستخدم، إلا أن كل نقطة في منطقة التغطية تُرى بواسطة العديد من الرادارات، حيث يرصد كل منها من اتجاه مختلف، مما يعوض البيانات المفقودة من الرادارات الأخرى. ^{[ 64 ]}

يعتمد عدد الارتفاعات التي يتم مسحها والوقت اللازم لإتمام دورة المسح على حالة الطقس. فعلى سبيل المثال، في حالة قلة أو انعدام الهطول، قد يقتصر النظام على أدنى الزوايا ويستخدم نبضات أطول لرصد تغير اتجاه الرياح قرب سطح الأرض. من جهة أخرى، في حالة العواصف الرعدية العنيفة، يُفضّل مسح نطاق واسع من الزوايا للحصول على رؤية ثلاثية الأبعاد للهطول قدر الإمكان. وللتخفيف من هذه المتطلبات المختلفة، طُوّرت استراتيجيات مسح تتناسب مع نوع الرادار، والطول الموجي المستخدم، والظروف الجوية الأكثر شيوعًا في المنطقة المعنية.

تُقدم شبكة رادار NEXRAD الأمريكية مثالاً على استراتيجيات المسح ، وقد تطورت هذه الشبكة بمرور الوقت. ففي عام 2008، أُضيفت إليها دقة بيانات إضافية، ^{[ 66 ]} وفي عام 2014، أُضيفت إليها خاصية المسح داخل الدورة لأدنى مستوى ارتفاع ( MESO-SAILS ^{[ 67 ]} ).

مع وجود فترة تتراوح بين 5 و10 دقائق بين عمليات المسح الكاملة لرادار الطقس، تُفقد كمية كبيرة من البيانات أثناء تطور العواصف الرعدية. ويجري اختبار رادار المصفوفة الطورية في المختبر الوطني للعواصف الشديدة في نورمان، أوكلاهوما ، لتسريع عملية جمع البيانات. ^{[ 68 ]} كما قام فريق في اليابان بنشر رادار المصفوفة الطورية للتنبؤ ثلاثي الأبعاد الفوري في معهد ريكين المتقدم لعلوم الحوسبة (AICS). ^{[ 69 ]}

تشمل تطبيقات أنظمة الرادار في الطائرات رادار الطقس، وتجنب الاصطدام، وتتبع الأهداف، وقياس قرب الأرض، وغيرها من الأنظمة. أما بالنسبة لرادار الطقس التجاري، فإن معيار ARINC 708 هو المواصفة الأساسية لأنظمة رادار الطقس التي تستخدم رادار دوبلر النبضي المحمول جواً .

تتمتع أنظمة الرادار الرقمية بقدرات تفوق بكثير قدرات الأنظمة السابقة. فهي توفر مراقبة لتتبع العواصف الرعدية ، مما يتيح للمستخدمين الحصول على معلومات تفصيلية عن كل سحابة عاصفة يتم تتبعها. يتم تحديد العواصف الرعدية من خلال مطابقة بيانات الهطول الخام المستلمة من نبضة الرادار مع نموذج مُبرمج مسبقًا. ولتأكيد وجود عاصفة رعدية، يجب أن تستوفي معايير دقيقة من حيث الشدة والشكل لتمييزها عن السحب غير الرعدية. عادةً، يجب أن تُظهر علامات على التنظيم الأفقي والاستمرارية الرأسية، وأن يكون لها نواة أو مركز أكثر كثافة يتم تحديده وتتبعه بواسطة أجهزة تتبع الرادار الرقمية . ^{[ 25 ] [ 72 ]} بمجرد تحديد خلية العاصفة الرعدية، يتم تتبع وتسجيل السرعة والمسافة المقطوعة والاتجاه والوقت المُقدّر للوصول.

لا يقتصر استخدام رادار دوبلر للأرصاد الجوية على تحديد موقع وسرعة الهطول ، بل يمكنه أيضًا تتبع هجرات الطيور ( انظر قسم الأهداف غير المتعلقة بالطقس ). ترتد الموجات الراديوية الصادرة من أجهزة الرادار عن المطر والطيور على حد سواء (وحتى الحشرات كالفراشات ) . ^{[ 73 ] [ 74 ]} على سبيل المثال، أفادت هيئة الأرصاد الجوية الوطنية الأمريكية بظهور أسراب الطيور على شاشات راداراتها على شكل غيوم، ثم تتلاشى عند هبوطها. ^{[ 75 ] [ 76 ]} بل وأفادت هيئة الأرصاد الجوية الوطنية الأمريكية في سانت لويس بظهور فراشات الملك على شاشات راداراتها. ^{[ 77 ]}

تستخدم برامج مختلفة في أمريكا الشمالية رادارات الطقس العادية وبيانات الرادار المتخصصة لتحديد مسارات الهجرة وارتفاعها وتوقيتها. ^{[ 78 ] [ 79 ]} تُعد هذه المعلومات مفيدة في تخطيط مواقع مزارع طواحين الهواء وتشغيلها، للحد من نفوق الطيور، وتحسين سلامة الطيران، وإدارة الحياة البرية بشكل عام. وفي أوروبا، شهدت تطورات مماثلة، بل وُضع برنامج شامل للتنبؤ بسلامة الطيران، يعتمد على رصد الرادار. ^{[ 80 ]}

تُظهر الصورة سقوط نيزك في بارك فورست، إلينوي، بتاريخ 26 مارس 2003. يُمثل اللون الأحمر والأخضر في أعلى اليسار حركة السحب بالقرب من جهاز الرادار، بينما يُشير الشكل البيضاوي الأصفر في مركز الصورة إلى وجود نيازك ساقطة. تُشير البكسلات الحمراء والخضراء المتداخلة إلى اضطراب جوي، ناتج في هذه الحالة عن آثار النيازك الساقطة عالية السرعة.

بحسب الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية ، تسقط النيازك يومياً في مكان ما على سطح الأرض. ^{[ 81 ]} ومع ذلك، فإن قاعدة بيانات سقوط النيازك العالمية التي تحتفظ بها الجمعية الأرصادية لا تسجل عادةً سوى حوالي 10-15 نيزكاً جديداً سنوياً. ^{[ 82 ]}

تحدث النيازك عندما يسقط نيزك صغير في الغلاف الجوي للأرض، مُولِّدًا شهابًا ساطعًا بصريًا بفعل التأين والتسخين الاحتكاكي. إذا كان النيزك كبيرًا بما يكفي وكانت سرعة سقوطه منخفضة بما يكفي، فإنه سيصل إلى الأرض. عندما تتباطأ سرعة النيزك الساقط إلى أقل من 2-4  كم/ث، عادةً على ارتفاع يتراوح بين 15 و25  كم، فإنه يتوقف عن توليد شهاب ساطع بصريًا ويدخل في مرحلة "الطيران المظلم". ^{[ 81 ] [ 83 ]} لهذا السبب، فإن معظم حالات سقوط النيازك في المحيطات، أو خلال النهار، أو غيرها من الظروف الجوية، تمر دون أن يلاحظها أحد. ^{[ 81 ]}

عادةً ما تسقط النيازك في الظلام، مما يجعلها تمر عبر نطاق رصد معظم أنواع الرادارات. وقد ثبت إمكانية تحديد النيازك الساقطة في صور رادارات الطقس. ^{[ 84 ] [ 85 ] [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]} يُعدّ هذا مفيدًا بشكل خاص لاستعادة النيازك، حيث تُشكّل رادارات الطقس جزءًا من شبكات واسعة النطاق، وتُجري مسحًا مستمرًا للغلاف الجوي. علاوة على ذلك، تُسبّب النيازك اضطرابًا محليًا في الرياح، وهو ما يظهر بوضوح في بيانات دوبلر، وتسقط بشكل شبه عمودي، لذا فإنّ مكان استقرارها على الأرض يكون قريبًا من بصمتها الرادارية.

• أطلس، ديفيد ، محرر. (1990). الرادار في الأرصاد الجوية . مؤتمر باتان التذكاري والذكرى الأربعون لمؤتمر الأرصاد الجوية بالرادار. بوسطن، ماساتشوستس: الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية . doi : 10.1007/978-1-935704-15-7 . ISBN 978-0-933876-86-6.رقم الكتاب المعياري الدولي (ISBN) 978-1-935704-15-7، 806 صفحة، رمز AMS RADMET.
• بلانشارد، إيف (2004). الرادار، 1904-2004: تاريخ قرن من الابتكارات والتقنيات والعمليات (بالفرنسية). باريس، فرنسا: علامات الحذف. رقم ISBN 2-7298-1802-2.
• دوفياك، آر جيه؛ زرنيك، دي إس (1993). رادار دوبلر ورصد الأحوال الجوية . سان دييغو، كاليفورنيا: دار النشر الأكاديمية، الطبعة الثانية. ص  562.
• غان، كي إل إس؛ إيست، تي دبليو آر (1954). "خصائص جزيئات الهطول في نطاق الموجات الميكروية". المجلة الفصلية للجمعية الملكية للأرصاد الجوية . 80 (346): 522-545 . رمز Bibcode : 1954QJRMS..80..522G . doi : 10.1002/qj.49708034603 .
• ياو، إم كيه؛ روجرز، آر آر (1 يناير 1989). دورة مختصرة في فيزياء السحب، الطبعة الثالثة . باتروورث-هاينمان.  304 صفحة. ISBN 9780750632157.رقم الكتاب المعياري الدولي (ISBN) 0-7506-3215-1
• ريبيسي، ب. (2023). "التعرف التلقائي على السحب الركامية الماطرة والسحب الركامية الشاهقة باستخدام بيانات شبكة رادار الطقس الإيطالية". الطقس . 79 (5): 163-169 . doi : 10.1002/wea.4482 .
• واكيموتو، روجر م.؛ سريفاستافا، راميش (أغسطس 2003). الرادار وعلوم الغلاف الجوي: مجموعة مقالات تكريمًا لديفيد أطلس . دراسة أرصاد جوية. المجلد  30. بوسطن: الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية. ص  270. ISBN 1-878220-57-8.رمز نظام إدارة الأصول MM52.
• برينجي، في إن؛ تشاندراسيكار، في. (2001). رادار دوبلر الاستقطابي للأرصاد الجوية . نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية: مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 0-521-01955-9.
• تاريخ الاستخدام العملي لرادار الطقس من قبل دائرة الأرصاد الجوية الأمريكية:
  • ويتون، روجر سي؛ سميث، بول إل؛ بيجلر، ستيوارت جي؛ ويلك، كينيث إي؛ هاربوك، ألبرت سي (فبراير 1998). "الجزء الأول: حقبة ما قبل نظام NEXRAD" . الطقس والتنبؤات الجوية . 13 (2): 219-243 . doi : 10.1175/1520-0434(1998)013 < 0219:HOOUOW > 2.0.CO ; 2 .
  • ويتون، روجر سي؛ سميث، بول إل؛ بيجلر، ستيوارت جي؛ ويلك، كينيث إي؛ هاربوك، ألبرت سي (فبراير 1998). "الجزء الثاني: تطوير رادارات دوبلر التشغيلية للأرصاد الجوية" . الطقس والتنبؤات . 13 (2): 244-252 . doi : 10.1175/1520-0434(1998)013 < 0244:HOOUOW > 2.0.CO ; 2 . S2CID 123719565 . 
  • أبرز إنجازات رادار الطقس خلال الأربعين عامًا الأولى للمختبر الوطني للعواصف الشديدة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 مارس 2021 .

• "الغلاف الجوي والطقس والطيران (الفصل 19 من رادارات الطقس)" (ملف PDF) . وزارة البيئة وتغير المناخ الكندية . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 7 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 يناير 2021 .

• "أخطاء شائعة في تفسير الرادار" . وزارة البيئة وتغير المناخ الكندية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 يناير 2021 .

• "فهم رادار الطقس" . موقع Weather Underground حول الرادار . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 يناير 2021 .
• جيف دودا. "كيفية استخدام وتفسير رادار دوبلر للأرصاد الجوية" (ملف PDF) . جامعة ولاية آيوا . تاريخ الاطلاع: 5 يناير 2021 .

• مركز أبحاث الرادار الجوي بجامعة أوكلاهوما
• الأسئلة الشائعة حول رادار الطقس الكندي
• الصفحة الرئيسية لرادار جامعة ماكجيل
• معرض صور رادار هونغ كونغ
• رادار بحثي ثنائي الاستقطاب بنطاق C في جامعة ألاباما هنتسفيل
• معلومات عن شبكة رادار دوبلر NEXRAD: أدوات البحث: رادار ثنائي الاستقطاب
• تجربة الاستقطاب المشترك – أبحاث وتطوير الاستقطاب المزدوج في جامعة أوكلاهوما 

أفريقيا

• جنوب أفريقيا - رادار الطقس الفوري لجنوب أفريقيا من خدمة الأرصاد الجوية الجنوب أفريقية

الأمريكتين

• أروبا (عبر كاراكاس)
• بليز
• بربادوس ( مجموعة كاريبية )
• وزارة البيئة الكندية
• جزر كايمان
• كوبنهاغن
• كوراساو ( مجموعة كاريبية )
• مواقع رادار مارن في السلفادور
• الأقاليم الفرنسية ما وراء البحار ( غوادلوب ، مارتينيك )
• غيانا الفرنسية
• أُرشف هذا المحتوى في جامايكا بتاريخ 24 مايو 2023 على موقع Wayback Machine.
• بورتوريكو
• ترينيداد
• خدمة الأرصاد الجوية الوطنية في الولايات المتحدة

آسيا

أستراليا وأوقيانوسيا

أوروبا