เรดาร์คืออะไร

     คำว่าเรดาร์ (Radar) ย่อมาจากคำในภาษาอังกฤษว่า Radio Detection And Ranging
หมายถึงการใช้คลื่นวิทยุในการค้นหาตำแหน่ง (ทั้งทิศทางและระยะทาง) ของสิ่งที่ต้องการค้นหาหรือที่เรียกว่าเป้า (target)
ซึ่งจะเป็นอะไรก็ได้ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ในการใช้เรดาร์เช่น การใช้ในกิจการทหาร การบิน การเดินเรือ การจราาจร การเกษตร
การทำวิจัยและกิจการอุตุนิยมวิทยาแต่ในที่นี้คำว่าเป้าจะหมายถึงเป้าในทางอุตุนิยมวิทยาเท่านั้น

เรดาร์มีส่วนประกอบอะไรบ้าง เครื่องเรดาร์ตรวจอากาศโดยทั่วไปจะมีส่วนประกอบที่สำคัญคือ

1. เครื่องส่ง (Transmitter) ทำหน้าที่ผลิตและส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (ElectromagneticWaves) ค้นหาเป้าผ่านทางจานสายอากาศ
2. เครื่องรับ (Receiver) ทำหน้าที่รับสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าที่สะท้อนกลับมา
3. จานสายอากาศ (Antenna) ทำหน้าที่ควบคุมการส่งและรับสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งในแนวนอนและแนวตั้ง
4. หน่วยประเมินผล (Processor)ทำหน้าที่ประมวลผลข้อมูลที่ได้รับจากคลื่นที่สะท้อนเป้ากลับมา ในปัจจุบันจะใช้คอมพิวเตอร์
    ในการประมวลผลและควบคุมการทำงานทั้งหมดของเครื่องเรดาร์รวมทั้งการจัดเก็บข้อมูลด้วย
5. จอแสดงภาพ (Monitor) ทำหน้าที่แสดงผลข้อมูลที่ประมวลแล้วจากหน่วยประมวลผล

หลักการทำงานของเรดาร์
     เรดาร์ทำงานโดยการที่เครื่องส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาในรูป Pulse มีช่วงสั้นโดยออกจากเครื่องส่งไปยังจานสายอากาศ
โดยส่งเป็นช่วงๆส่งและหยุดสลับกันไป(ที่ต้องเป็นเช่นนี้ก็เพื่อว่าให้เครื่องรับมีช่วงเวลาที่จะรับสัญญาณที่สะท้อนกลับมา)
ในขณะเดียวกันจานสายอากาศก็จะหมุนโดยรอบ 360 องศา และทำหน้าที่รวมคลื่นให้เป็นลำเหมือนลำแสงจากไฟฉายส่ง
ออกไปในทิศทางที่สัมพันธ์กับการหมุนของจานสายอากาศ คลื่นที่ส่งออกไปนี้จะเดินทางด้วยความเร็วเท่าความเร็วของแสง
คือประมาณ 300,000,000 เมตร/วินาที เมื่อคลื่นไปกระทบเป้าก็จะสะท้อนกลับมายังจานสายอากาศแล้วส่งต่อไปถึงเครื่องรับ
(ในช่วงที่เครื่องส่งหยุดส่งคลื่นโดยมีสวิตช์เปลี่ยนไปมาระหว่างการส่งและการรับ)เป้าที่มีความหนาแน่นมากจะสะท้อนคลื่น
กลับมาแรงกว่าเป้าที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า จากนั้นคลื่นสะท้อนจะถูกส่งต่อไปยังหน่วยประมวลผลเพื่อประมวลผล
แล้วส่งผลที่ได้ไปแสดงที่จอภาพ

เป้า (Target) ของเรดาร์ในทางอุตุนิยมวิทยา คืออะไร
     ในทางอุตุนิยมวิทยาแล้ว คำว่า เป้า ของเรดาร์หมายถึง ปรากฏการณ์เกี่ยวกับสภาพอากาศต่างๆที่สามารถสะท้อนคลื่น
ของเรดาร์ได้เช่น ฝน ฝนฟ้าคะนอง พาย ลูกเห็บ หิมะ เมฆ และในกรณีของเรดาร์ที่ทันสมัยอย่างดอปเปอร์เรดาร์ (Doppler Radar)
นั้น สามารถตรวจวัดทิศทางและความเร็วลมได้ด้วยแม้ว่าในบางครั้งมีบางสิ่งที่มิใช่เป้าในทางอุตุนิยมวิทยาสะท้อนคลื่นเรดาร์ กลับมา แล้วเข้ามาปรากฏในจอภาพ เช่น ฝูงนกหรือฝูงแมลงที่มีจำนวนมากหรือภาพของพื้นดินซึ่งเกิดจากการสะท้อนของคลื่น ที่ผิดปกติ ในกรณีเช่นนี้เจ้าหน้าที่ผู้ตรวจต้องใช้ความชำนาญในการแยกแยะว่าภาพใดเป็นหรือไม่เป็นเป้าในทางอุตุนิยมวิทยา

     เรดาร์ตรวจอากาศเป็นเครื่องมือทางอุตุนิยมวิทยาชนิดหนึ่งที่ใช้ตรวจปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ อาทิ ลูกเห็บ หิมะ ฝน
ฝนฟ้าคะนอง พายุฝนฟ้าคะนอง นอกจากนั้นเรดาร์ตรวจอากาศยังสามารถตรวจและวิเคราะห์ศูนย์กลางพายุหมุนเขตร้อนได้ตั้งแต่
พายุโซนร้อนจนถึงพายุไต้ฝุ่นเมื่อพายุนั้นเคลื่อนเข้ามาในรัศมีหวังผล( 230 กม.)ของเรดาร์ตรวจอากาศ
ซึ่งในอดีตที่ผ่านมา(ก่อนปี พ.ศ. 2535) กรมอุตุนิยมวิทยามีเรดาร์ตรวจอากาศแบบเก่าคือเรดาร์ที่สามารถทำการตรวจวัดความแรง
จำนวน 6 ระดับ ( Grey shade ) ของ DVIP นอกจากนั้นยังสามารถตรวจวัดความสูง แนวโน้ม ลักษณะและบริเวณ
ของพายุฝนฟ้าคะนองได้ เป็นการตรวจแบบใช้ Manual ซึ่งเป้าฝนที่เห็นจะเป็นแบบขาว-ดำ แต่ในระยะเวลาต่อมา
วิทยาการทางด้านเรดาร์ตรวจอากาศได้พัฒนาสูงขึ้นมาก กรมอุตุนิยมวิทยาจึงพัฒนาเครื่องเรดาร์ตรวจอากาศ เป็นเรดาร์ ตรวจอากาศสมัยใหม่คือ“ เรดาร์ดอปเปลอร์ ” ( Doppler Radar ) ที่ทันสมัยทำการตรวจและการประมวลผลข้อมูล
ด้วยระบบดิจิตอล ประกอบด้วยเมนูสำหรับให้เลือกจำนวนมากกว่า 70 เมนู โดยสามารถทำการ ตรวจข้อมูล Reflectivity, Velocity
และ Spectrum width และสามารถนำไปผลิตโปรดักส์(Product)มากกว่า15 โปรดักส์ ข้อมูลที่ได้จากการตรวจสามารถนำ
ไปช่วยในการวิเคราะห์สภาพอากาศ การคาดหมายลักษณะอากาศที่สำคัญตามเส้นทางการบิน การเตือนภัยเกี่ยวกับ
พายุหมุนเขตร้อนและพายุฝนฟ้าคะนองที่รุนแรง

     สนามบินสุวรรณภูมิใช้เรดาร์ตรวจอากาศแบบ S - Band มีความถี่ 1,550 - 3,900 MHz ความยาวคลื่น 19.3 - 7.69 cm.
ขนาดจาน28ฟุตเป็นเรดาร์ขนาดใหญ่เหมาะในการตรวจวัดฝนกำลังแรง ถึง กำลังแรงมาก แต่ก็สามารถตรวจวัดผลกำลังอ่อน
ถึง ปานกลางได้ด้วย และเนื่องจาก เรดาร์ชนิดนี้มีความยาวคลื่นค่อนข้างยาวเมื่อคลื่นเรดาร์กระทบเป้า
จึงทำให้ไม่มีการสูญเสียพลังงานเนื่องจากเป้าเลย ทำให้เป้าของฝนที่ตรวจได้จากจอเรดาร์ มีขนาดและรูปร่าง
ผิดจากความเป็นจริงไปบ้างเล็กน้อยหรือไม่ผิดเลย เป็นเรดาร์ที่มีรัศมีทำการ 550 กิโลเมตร และมีรัศมีหวังผล 230 กิโลเมตร
เป็นเรดาร์ที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุดกว่าเรดาร์แบบ X-Band และ C - Band ดังนั้นเรดาร์ชนิดนี้จึงมีราคาค่อนข้างแพง
ทำให้ค่าบำรุงรักษามากกว่าเรดาร์แบบ X-Band และ C - Band

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเรดาร์ตรวจอากาศดอปเปลอร์

     เรดาร์ตรวจอากาศดอปเปลอร์ (Doppler Weather Radar)
เมื่อกล่าวถึงเรดาร์ตรวจอากาศหมายถึง เรดาร์ที่ใช้สำหรับตรวจหาตำแหน่งและความเข้มหรือวัดปริมาณฝนเท่านั้น
จริงๆ แล้วยังมีเรดาร์ตรวจอากาศอีกชนิดหนึ่ง คือเรดาร์ตรวจอากาศ ดอปเปลอร์ ซึ่งนอกจากจะตรวจข้อมูลได้เหมือนกับเรดาร์
ตรวจอากาศทั่ว ๆ ไปแล้ว ยังสามารถตรวจการเคลื่อนที่ภายในเป้าและกระแสลมแวดล้อมเป้าได้อีกด้วย
ลักษณะการทำงานของเรดาร์ตรวจอากาศดอปเปลอร์ (Doppler weather radar)

เรดาร์ตรวจอากาศดอปเปลอร์สามารถแสดงข้อมูลได้ 3 แบบบนจอภาพ PPI เป็น 2 มิติ ได้แก่

1.แฟกเตอร์การสะท้อนเท่า Equivalent Reflectivity

2.ความเร็วตามแนวรัศมี Radial velocity

3.ความกว้างของสเปคตรัม (ความแปรปรวน) Variance
1. การแสดงข้อมูลของแฟกเตอรการสะท้อนเท่า คือ การแสดงข้อมูลตามแบบของมอนิเตอร์ CRE-TYPE ระยะไกลของเรดาร์เ
ครือข่ายของอุตุนิยมวิทยา ซึ่งเป็นการแสดงข้อมูลที่ละเอียดดีมาก
2. การแสดงภาพข้อมูลความเร็วตามแนวรัศมี เป็นการแสดงข้อมูลโดยอาศัยลำดับขั้นของสีที่แตกต่างกัน ซึ่งจะบอกให้รู้ว่า
เป้าเคลื่อนที่เข้าหา หรือเคลื่อนห่างออกไปจากเรดาร์ และยังบอกให้รู้ขนาดความเร็วของเป้าได้ด้วย เช่น กำหนดว่าสีที่เข้มกว่า
แทนขนาดความเร็วสูงอย่างนี้ เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีที่สังเกตคือ เครื่องหมาย + และ – ค่าความเร็วที่เคลื่อนห่างออกจากเรดาร์
จะมีเครื่องหมาย + นำหน้า และค่าความเร็วที่เคลื่อนเข้าสู่เรดาร์จะมีเครื่องหมาย – นำหน้า
3. สำหรับการแสดงข้อมูลความกว้างของสเปคตรัม ก็ใช้ลำดับชั้นสีต่างๆ ช่วยในการแสดงข้อมูลเช่นเดียวกัน
โดยกำหนดให้สีที่เข้มแทนสเปคตรัมที่มีความกว้างมาก ดังนั้น บริเวณที่สีเข้มแสดงว่ามีลมเชียร์เกิดขึ้น หรือมีกระแสลมปั่นป่วนรุนแรง
ลักษณะเฉพาะและการทำงานของเรดาร์ดอปเปลอร์ที่เห็นได้ชัดเจนนั้น ได้แก่ อัตราการหมุนของจานสายอากาศมักจะช้า
และขนาดจานสายอากาศก็โตกว่า เรดาร์ตรวจอากาศโดยทั่วไป แต่ความถี่ซ้ำพัลส์จะมีความถี่สูง ระยะห่างของการตรวจใกล้
ซึ่งเรดาร์ดอปเปลอร์ในปัจจุบันพยายามหาวิธีการเอาชนะข้อจำกัดในการวัดความเร็วได้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยใช้เครื่อง
Post processing equipment ต่อเข้ากับเรดาร์ อย่างไรก็ตามทั้งอัตราการหมุนจานสายอากาศก็ดี ช่วงเวลาในการประมวลผล
ข้อมูลก็ดีจะดำเนินการจนเสร็จสิ้นภายในเวลา 1 ถึง 3 นาที สำหรับการตรวจแต่ละครั้ง

ข้อดีของเรดาร์ตรวจอากาศดอปเปลอร์

     ข้อได้เปรียบของเรดาร์ตรวจอากาศดอปเปลอร์ คือ ความสามารถในการตรวจหาตำแหน่งหรือ บริเวณกระแสอากาศไหลวน Vortex เช่น การตรวจหาตำแหน่งพายุหมุนขนาดกลาง โดยทั่วไปจานสายอากาศเรดาร์ดอบเปลอร์
มักจะโตกว่าเรดาร์ตรวจอากาศธรรมดา ถ้าจานสายอากาศยิ่งโต ยิ่งจะทำให้การตรวจความเร็วของเป้าตามแนวรัศมีถูกต้อง
ลดสัญญาณแปลกปลอม เนื่องจาก Side Lobes ลงได้ และสายอากาศโตอัตราการขยายยิ่งสูงขึ้น ส่งผลให้เรดาร์ดอบเปลอร์
ตรวจวัดความเร็วตามแนวรัศมี การประมาณค่าความกว้างของสเปคตรัมได้ แม้ว่าท้องฟ้าจะแจ่มใสปราศจากน้ำฟ้าก็ตาม
อาศัยการสะท้อนสัญญาณจากอนุภาคขนาดเล็กในบรรยากาศใกล้ผิวพื้น ทำให้เรดาร์ตรวจอากาศ ดอบเปลอร์ตรวจบริเวณ
convergent/divergent ในบรรยากาศได้ เพื่อนำไปศึกษาการก่อตัวและสลายตัวของมวลอากาศขนาดกลาง
ตลอดจนศึกษาวินโปรไฟล์ของลมเชียร์ เป็นประโยชน์สำหรับการรายงานลักษณะอากาศเพื่อการบิน และการเตือนภัย
เกี่ยวกับลักษณะอากาศร้าย

     เรดาร์ดอบเปลอร์มีข้อได้เปรียบอีกอย่างหนึ่งคือ สามารถขจัดปัญหาเกี่ยวกับเป้าถาวรได้ นอกจากนั้นยังสามารถตรวจ
ฝนระยะใกล้ๆ เรดาร์ ดีกว่าเรดาร์ตรวจอากาศธรรมดา และยังตรวจสภาวะอากาศที่มีอันตรายรุนแรง เช่น Tornado,
Wind shear and turbulence, down burst, microburst, gust front, hailstorms อย่างไรก็ตาม สำหรับเทคโนโลยีทางด้านนี้ กำลังพัฒนาไปอย่างไม่หยุดยั้ง