Como o radar detecta a turbulência e a velocidade do vento?

A resposta que você está se referindo explica como o radar é usado para voar através de um linha de instabilidade evitando as áreas mais turbulentas.

O radar meteorológico convencional não consegue detectar a velocidade do vento ou a turbulência diretamente, detecta apenas objetos sólidos e líquidos acima do limite.

As áreas mais turbulentas das tempestades são também aquelas áreas que contêm mais água e gelo. Essa precipitação reflete muito bem as ondas de radar, de modo que as áreas mais turbulentas têm as reflexões mais strongs e aparecem como vermelhas / roxas no escopo. A área a favor do vento também é muito turbulenta.

Assim, o radar meteorológico está apenas detectando a presença de água. É o piloto que interpreta a imagem que está realmente detectando a turbulência.

Limpar a turbulência do ar (CAT) não contém água condensada e, portanto, é indetectável pelos métodos convencionais. radar. Existem sistemas como o LIDAR que podem detectar CAT, mas geralmente não são instalados em aeronaves.

Como o @reirab observou em um comentário, um radar Doppler pode ser usado para detectar a velocidade relativa das partículas de uma aeronave. Isso não é usado para detectar com segurança a velocidade do vento, mas quando há grandes variações na velocidade do vento (também conhecida como turbulência), o efeito Doppler nos reflexos das partículas causa uma dispersão do espectro. Esta é uma indicação de turbulência. Os tradicionais radares meteorológicos de banda S não possuem essa capacidade, mas o mais novo radar de banda X (por exemplo, O radar Honeywell (PDF) ) pode detectar turbulência molhada a uma distância de até 40-60 milhas náuticas usando esta técnica.

O LIDAR (uma mala de luz e RADAR) é uma tecnologia que usa luz em vez de ondas de rádio. O LIDAR pode medir a posição e a velocidade relativa dos aerossóis e, portanto, pode ser usado para detectar a turbulência. Ele tem sido usado com sucesso para detectar cisalhas de vento e mapear vórtices de esteira na aproximação final do solo ( paper ^PDF ).

Investigação atual ( paper ^PDF , apresentação ^PDF ) está em uso no ar de LIDAR para detectar CAT. Uma das dificuldades é detectar componentes verticais da turbulência. Isso causa muito pouco deslocamento Doppler, mas ao mesmo tempo tem o maior efeito sobre a aeronave (uma vez que o componente vertical de turbulência provoca mudanças no ângulo de ataque).

Até onde eu sei, atualmente não há aplicações comerciais de LIDAR para detecção de turbulência no ar.

    

A resposta curta é que o radar não pode observar diretamente o vento. O que o radar pode detectar são as velocidades de pequenas partículas lançadas no ar. Isso é feito medindo o deslocamento doppler da energia retornada ao radar. O radar só pode detectar o componente da velocidade em direção ou longe do radar.

O radar não precisa diagnosticar a turbulência dentro da convecção, já que isso já está previsto e faz parte da natureza da convecção. É muito mais valioso para detectar a turbulência do ar claro, que não tem as indicações visuais que o crescimento do cumulus em ebulição faz.

Felizmente, o ar limpo geralmente não é exatamente claro. Se houver aerossóis ou insetos grandes o suficiente para dispersar a energia do radar, o radar poderá inferir seu movimento como o movimento do vento. Para pequenas coisas como poeira e insetos, isso não é uma má aproximação. A energia de retorno desses difusores é muito pequena e geralmente está abaixo do limiar que o radar exibirá (ao contrário de pássaros ou morcegos), mas os computadores podem interpretar os dados.

A detecção de turbulência é algorítmica, e embora eu não tenha conhecimento de algoritmos específicos usados, meu palpite de primeira ordem é que eles olham para a variação na velocidade do doppler com a distância do avião e olham para a série temporal de velocidades de doppler em cada local amostrado nas varreduras subseqüentes. Se a variação atender a alguns critérios, isso poderia ser classificado como "turbulência" e fornecer um alerta aos pilotos. A capacidade de tal sistema também depende das capacidades físicas do radar, incluindo o comprimento de onda em que o radar opera, sua resolução de amostragem e a taxa de amostragem.