Radar pogodowy: jak działa, skąd bierze dane i dlaczego czasem się myli

Radar pogodowy wysyła krótkie impulsy fal radiowych i mierzy echo odbite od kropel deszczu, płatków śniegu i gradu. Z czasu powrotu echa wylicza odległość opadu, a z jego siły natężenie. W Polsce sieć radarów meteorologicznych POLRAD prowadzi IMGW-PIB: po modernizacji zakończonej w 2024 roku tworzy ją 10 radarów dopplerowskich z podwójną polaryzacją, a każdy z nich wykrywa opady w promieniu do 250 km.

Czym jest radar pogodowy

Radar pogodowy, nazywany też radarem meteorologicznym, to urządzenie, które za pomocą fal radiowych wykrywa opady w promieniu kilkuset kilometrów. Stoi zwykle na wieży lub wzniesieniu, żeby otaczające budynki i drzewa nie zasłaniały wiązki. Antena w kształcie dużej czaszy obraca się w kółko i co kilka obrotów zmienia kąt nachylenia. W ten sposób radar „przeczesuje” atmosferę warstwa po warstwie, od wiązki biegnącej prawie poziomo po taką, która patrzy wysoko w niebo.

Polskie radary pracują w paśmie C, czyli na częstotliwości około 5,6 GHz. Odpowiada to fali o długości około 5 cm. Taka fala dobrze odbija się od kropel deszczu i płatków śniegu, a jednocześnie nie jest tak mocno tłumiona jak fale krótsze. Radar wysyła bardzo krótki impuls, a potem przez ułamek sekundy „nasłuchuje” echa. Czas, po jakim echo wraca, mówi, jak daleko jest opad, a kierunek anteny, w którą stronę.

Jak radar mierzy opady: odbiciowość i dBZ

Podstawową wielkością mierzoną przez radar pogodowy jest odbiciowość, czyli ilość energii odbitej przez opad. Podaje się ją w decybelach, w jednostce dBZ. Skala jest logarytmiczna: wzrost o 10 dBZ oznacza dziesięciokrotnie silniejsze echo. Duże krople odbijają znacznie więcej energii niż małe, więc ulewa z grubymi kroplami daje dużo silniejszy sygnał niż mżawka.

Odbiciowość przelicza się na natężenie opadu za pomocą wzorów empirycznych. Najczęściej używany jest wzór Marshalla i Palmera, opracowany dla deszczu. Poniższa tabela pokazuje przybliżone wartości, jakie z niego wynikają:

Przeliczenie jest przybliżone. Ten sam odczyt może oznaczać inny opad w zależności od wielkości kropel, rodzaju opadu i odległości od radaru. Przy gradzie wzór zawyża natężenie, a przy śniegu je zaniża. Więcej o kolorach na mapie znajdziesz w poradniku jak czytać radar opadów.

Radar dopplerowski i podwójna polaryzacja

Radar dopplerowski mierzy nie tylko siłę echa, ale też prędkość, z jaką opady zbliżają się do anteny lub od niej oddalają. Wykorzystuje do tego efekt Dopplera: fala odbita od ruchomego celu wraca z nieco zmienioną częstotliwością. Dzięki temu synoptycy widzą wiatr wewnątrz chmur, wykrywają silne porywy w burzach i strefy rotacji, które mogą zapowiadać trąbę powietrzną. Według IMGW-PIB pomiar prędkości sięga 125 km od radaru, czyli o połowę mniej niż pomiar samych opadów.

Drugą ważną techniką jest podwójna polaryzacja. Radar wysyła jednocześnie fale drgające w poziomie i w pionie. Spłaszczone krople deszczu odbijają te fale inaczej niż okrągłe ziarna gradu czy nieregularne płatki śniegu. Porównanie obu sygnałów pozwala odróżnić rodzaj opadu, odfiltrować echa od ptaków, owadów i przeszkód terenowych oraz dokładniej oszacować ilość wody. W ramach modernizacji sieci POLRAD wszystkie polskie radary wymieniono na urządzenia z podwójną polaryzacją.

Sieć radarów IMGW POLRAD w Polsce

Polski radar pogodowy to w rzeczywistości sieć POLRAD, którą prowadzi Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy. Pierwsze radary IMGW powstały w latach 90., a w 2004 roku sieć ośmiu radarów objęła prawie cały kraj. W latach 2022–2024 IMGW-PIB przeprowadził jej gruntowną modernizację finansowaną z pożyczki Banku Światowego. Kontrakt zakończono 30 czerwca 2024 roku: wymieniono wszystkie urządzenia, zbudowano dwie nowe stacje, przeniesiono radar z Gdańska i podwyższono wieżę w Brzuchani.

Obecne radary pogodowe w Polsce:

Każdy radar wykrywa opady w promieniu 250 km. Zasięgi sąsiednich stacji częściowo się nakładają, dlatego dane z całej sieci łączy się w jedną mapę, tak zwany kompozyt. Gdy jeden radar ma przerwę techniczną, sąsiednie częściowo wypełniają lukę. Oficjalne mapy radarowe IMGW-PIB publikuje w serwisie meteo.imgw.pl.

Dlaczego mapa radarowa odświeża się co kilka minut

Radar pogodowy na żywo nigdy nie pokazuje dokładnie tej chwili, bo pełny pomiar trwa kilka minut. Antena musi wykonać kilka obrotów na różnych kątach nachylenia, zanim zbierze komplet danych. Według opisu sieci POLRAD cykl pomiarowy starszych radarów trwał 10 minut, a nowe urządzenia mogą wykonywać go co 5 minut.

Po pomiarze dane trzeba jeszcze oczyścić z zakłóceń, przeliczyć i połączyć z danymi z innych radarów. Dlatego najnowszy obraz na mapie ma zwykle od kilku do kilkunastu minut. Przy powolnym deszczu z frontu nie ma to znaczenia. Przy burzy, która przesuwa się z prędkością 50 km/h, w ciągu 10 minut może przesunąć się o ponad 8 km, więc warto patrzeć na kierunek ruchu w animacji, a nie tylko na ostatnią klatkę.

Ograniczenia radaru: wysokość wiązki, cienie i zakłócenia

Radar jest najlepszym narzędziem do śledzenia opadów, ale nie widzi wszystkiego. Najważniejsze ograniczenia wynikają z fizyki i ukształtowania terenu.

1. Krzywizna Ziemi. Wiązka biegnie prosto, a powierzchnia Ziemi się zakrzywia. Przy najniższym kącie, około pół stopnia, w odległości 100 km wiązka jest już około 1,5 km nad radarem, a w odległości 200 km około 4 km. Niskie chmury dające mżawkę lub słaby śnieg mogą zostać „przestrzelone”.
2. Cienie górskie. Tatry, Karkonosze i inne pasma zasłaniają część wiązki. Za górami pomiar jest słabszy, dlatego w miejscach takich jak pogoda Zakopane warto łączyć radar z prognozą.
3. Echa nieopadowe. Wiatraki, wysokie budynki, ptaki i owady mogą dawać fałszywe echo. Filtry usuwają większość z nich, ale nie wszystkie.
4. Zakłócenia radiowe. Proste promienie rozchodzące się od radaru to często sygnał urządzeń sieci bezprzewodowej pracujących na podobnej częstotliwości.
5. Tłumienie. Bardzo silna ulewa pochłania część energii, więc opady położone za nią mogą wyglądać na słabsze, niż są.
6. Opad, który nie dociera do ziemi. W suchym powietrzu krople parują w drodze w dół. Radar pokazuje deszcz, a na ziemi jest sucho.

Osobnym problemem jest śnieg, który odbija fale słabiej niż deszcz. Opisujemy to szczegółowo w artykule o tym, jak wyglądają opady śniegu na radarze.

Radar pogodowy na żywo w PogodaPolski

Na stronie radar pogodowy dla całej Polski pokazujemy obraz z serwisu RainViewer, który łączy dane z radarów wielu krajów, również z sieci IMGW-PIB. Animacja obejmuje około dwóch ostatnich godzin w krokach mniej więcej co 10 minut. Dzięki danym z krajów sąsiednich widać opady nad Niemcami, Czechami czy Bałtykiem, zanim dotrą do Polski. Po części radarowej oś czasu przechodzi w mapy prognozy modelu GFS: opady, zachmurzenie, temperaturę i wiatr na 7 dni.

Dla 12 największych miast przygotowaliśmy osobne mapy przybliżone na okolicę, na przykład radar pogodowy Warszawa, radar opadów nad Krakowem czy radar Gdańsk i Trójmiasto. Pod mapą jest godzinowa szansa opadów na najbliższe godziny. Pełną prognozę dla ponad 400 miejscowości znajdziesz w spisie miast według województw.

Jeśli zastanawiasz się, który serwis radarowy wybrać, przeczytaj, po czym poznać najdokładniejszy radar pogodowy. Latem przyda się też poradnik o tym, jak używać mapy jako radaru burz i oceniać, kiedy burza dotrze nad Twoją miejscowość.