Az első lézer radar (LIDAR) berendezés Magyarországon

A magasban fújó szél mérésére különböző módszerek állnak rendelkezésre. A rádiószondás mérések során a ballon áthelyeződési sebességéből kapható a legpontosabb információ a szélviszonyokról. Az egymástól több száz kilométerre levő állomásokról az átlagosan napi kétszer felbocsájtott szonda azonban csak a szinoptikus skálájú (ciklonok, anticiklonok méretskálája) folyamatok leírására alkalmas. A mezo-skálán, illetve a lokális skálán zajló jelenségek (ide tartoznak a például a zivatarok, illetve a tavi cirkuláció) méréséhez jóval sűrűbb hálózatra lenne szükség.

A távérzékeléses szélméréshez fejlesztették ki a szél-profil mérő berendezéseket, az un. wind profiler műszereket. Ezek a berendezések a légköri turbulencia okozta törésmutatók mérésén alapulnak (az un. Bragg szóráson). Az OMSZ Siófoki Obszervatóriumában is üzemel egy ilyen, mára már erősen elhasználódott, berendezés (1. ábra). A csapadékot adó felhők bemérésére alkalmazott időjárási radarok ugyancsak alkalmasak korlátozott mértékben a függőleges szélprofilok mérésére, azonban ezeknek a berendezéseknek nem ez az elsődleges feladatuk.

1. ábra
A régi wind profiler az OMSZ Siófoki Viharjelző Obszervatóriumában

Az utóbbi időben egyre többfelé alkalmazzák a lézer technikán alapuló, un. LIDAR (lézer radar) berendezéseket. Az infravöröshöz közeli hullámhosszon mérő egységek a légkörben mindig megtalálható nagyon apró részecskéket, az aeroszolokat képesek detektálni és azok mozgását mérni a Doppler-effektus alapján. A LIDAR működési elve sok tekintetben hasonlít a meteorológiai radarokhoz. A radaroknál az 5 cm körüli hullámhosszú rádióhullámok elsősorban a felhők vízcseppjeiről verődnek vissza, míg a LIDAR esetén az infra közeli lézersugarak a légkörben mindig megtalálható aeroszol részecskékből visszaverődve jutnak a berendezés érzékelőjébe. (A radar és a LIDAR által mért visszaverődések egyaránt a Rayleigh szórással írható le legjobban.) A Siófoki Obszervatóriumban üzembe helyezett Vaisala-WindCube egység is ilyen berendezés (2. és 3. ábra). A műszer a vízügyi ágazattal közösen megnyert KEHOP pályázatból került beszerzésre.

2. ábra
Az újonnan üzembe helyezett LIDAR az OMSZ Siófoki Viharjelző Obszervatóriumában

3. ábra
A LIDAR és a beüzemelését végző csapat

A szélprofil mérés azon alapszik, hogy egy kúp mentén északi, déli, keleti és nyugati irányba, majd végül függőleges irányba kibocsájtott lézer nyalábok segítségével megmérhető egy adott magasságban a sugárirányú szélsebesség (1. videó). Feltételezve, hogy egy adott magasságú kúpszeletben a szél állandó, geometriai számításokkal meghatározható, hogy milyen sebességű és irányú a vízszintes szélkomponens. Ezt elegendően sűrű magassági szinteken megismételve előáll a függőleges szélprofil (4. ábra).

 1. videó
A Siófoki Obszervatóriumban újonnan üzembe helyezett Vaisala-WindCube egység működés közben;
a műszer a kibocsátott lézernyalábok segítségével a légkör magasabb tartományinak
szélviszonyairól ad elsősorban információt

4. ábra
A LIDAR által mér magassági szélprofilok több egymást követő időpontban,
a HAWK meteorológiai munkaállomás segítségével megjelenítve;
az alsó 1,5–2 km-es rétegben jól megfigyelhető a Balaton hatása, míg
a magasabb légrétegekben a nagytérségi áramlásnak megfelelő északnyugati, nyugati irányúvá válik a szél

A berendezés ezen kívül még a visszaverődés erősségét is megméri, így a radarképekhez hasonló reflektivitási mező is képezhető. Azonban a rövid hullámhossz miatt a felhőben található vízcseppek már erősen szórják a lézer nyalábokat, így a mérés elsősorban a felszín és a felhőalap közötti területre használható.

A Balatoni Viharjelzés számára létfontosságú a függőleges szélprofil ismerete, ennek elemzéséből lehet megbecsülni a balatoni helyi cirkulációs rendszer erősségét, magasságát, végső soron számos időjárási helyzetben a viharjelzés kiadásának szükségességét. A Balaton parti mérőhelyek körbeépítése miatt a felszíni mérések egyre zajosabbak, egyre kevésbé reprezentatívak, az új berendezés ezen a problémán is valamelyest segíteni próbál.