Sekilas Tentang Radar Cuaca.pdf PDF

Preview

Summary

Resumed by @Japof_Meteorology 1|Sekilas Tentang Radar Cuaca Resumed by @Japof_Meteorology Kata Pengantar Assalamualaikum wr. Wb Halo teman-teman bagaimana kabarnya? Berikut ini kami ingin membuat suatu tutorial mengenai “Sekilas tentang Radar Cuaca”. Apakah ada dari teman-teman yang belum tahu menge...

Description

Resumed by @Japof_Meteorology

1|Sekilas Tentang Radar Cuaca

Resumed by @Japof_Meteorology

Kata Pengantar Assalamualaikum wr. Wb Halo teman-teman bagaimana kabarnya? Berikut ini kami ingin membuat suatu tutorial mengenai “Sekilas tentang Radar Cuaca”. Apakah ada dari teman-teman yang belum tahu mengenai Radar Cuaca? Radar Cuaca merupakan suatu alat pengamatan atmosfer yang sangat canggih. Dia bisa mendeteksi pertumbuhan awan dengan sangat baik dan memiliki banyak sekali produk yang bisa dimanfaatkan untuk pertimbangan membuat prakiraan cuaca. Pada materi kali ini, kita akan membahas mengenai aplikasi pengolahan radar Rainbow 5. Aplikasi tersebut merupakan aplikasi bawaan dari radar cuaca merk Gematronik seperti di Radar Cuaca Surabaya. Saya ucapkan terima kasih kepada dosen kami yaitu “Pak Muhammad Arif Munandar dan Pak Iddam” yang telah membimbing kami selama 1 semester untuk mempelajari Teori dan Praktek Interpretasi Citra Radar. Selain itu juga kepada “Pak Eko Wardoyo” karena sebagian besar rangkuman dari materi ini berasal dari slide yang beliau buat. Dalam pemanfaatan Rainbow 5 ini, data yang dibutuhkan adalah data mentah radar cuaca dengan format .Vol. jika kita belum punya, maka harus minta dahulu ke subbid Radar di BMKG Pusat. Selamat Mencoba... :D NOTE : Seperti biasa dalam membuat Resume, kami berusaha menggunakan bahasa yang sederhana untuk semua kalangan bukan hanya seorang Meteorologist. Namun perlu diketahui juga bahwa rangkuman berikut “tidak pasti benar” dan memiliki banyak kekurangan. Oleh karena itu kami mohon maaf sebesarbesarnya jika ada kesalahan dalam penyampaian dan pengetikan. Kritik dan saran sangat kami butuhkan dari para pembaca. Silakan jika ada masukan dan saran kami tunggu melalui beberapa media seperti Email : [email protected] atau via WhatApps (085735087587) BestRegards Author of This Book

2|Sekilas Tentang Radar Cuaca

Resumed by @Japof_Meteorology

Interpretasi Radar Cuaca Teori Pertemuan 1 Resumed by @Japof_Meteorology

Istilah dai Radar cuaca merupakan singkatan dari RAdio Detecting And Ranging yaitu merupakan sebuah sistem untuk Mendeteksi Target dengan memancarkan gelombang elektromagnetik sehingga Posisi

dan Jarak Target dapat diketahui. Terdapat beberapa informasi yang nantinya akan kita dapatkan setelah radar cuaca melakukan scanning / observasi, diantarnya o o o o

Arah dan Posisi Objek : Berdasarkan waktu gelombang kembali ke receiver Intensitas Objek : Berdasarkan nilai energi yang kembali ke receiver Jenis Objek : Berdasarkan nilai intensitas objek yang diamati Arah Gerak Objek : Berdasarkan arah pergerakan objek apakah dia menjauh atau mendekat

3|Sekilas Tentang Radar Cuaca

Resumed by @Japof_Meteorology

Sebelum kita mempelajari radar lebih lanjut. Kita perlu mengetahui bagaimana kisah radar cuaca bisa menjadi seperti saat ini. Pengembangan radar untuk mengamati kondisi atmosfer dimulai ketika tahun 1865. Pada saat itu Jonh Clerk Maxwell yaitu seorang ahli fisika Inggris menemukan sebuah teori mengenai Gelombang

Elektromagnetik. Kemudian satu tahun selanjutnya yaitu tahun 1866, Ilmuwan bernama Heinrich Rudolt Herzt membuktikan mengenai teori gelombang. Selanjutnya, tahun 1904, Christian Hulsmeyer melakukan suatu percobaan untuk mendeteksi suatu benda dengan menggunakan gelombang elektromagnetik. Saat itu, hulsmeyer mendeteksi Kapal saat cuaca sedang berkabut tebal. Kemudian dia bisa mengetahui berapa jarak kapal dari tempat dia berada. Kemudian pada tahun 1915 seorang ilmuwan bernama Robert Watson Watt dari skotlandia melakukan penelitian cikal bakal radar. Pada tahun 1920, Watt mengembangkan peralatan navigasi pesawat dan membuat radar untuk mendeteksi keberadaan pesawat. Setahun setelah itu, (1921) Albert Wallace Hull menemukan suatu magnetron untuk berperan sebagai Transmitter. Selanjutnya transmitter diletakkan di Kapal kayu dan Pesawat terbang tahun

1930. Sebelum perang dunia II yaitu antara 1934 -1936 ilmuwan asal Amerika, Jerman, Prancis dan Inggris mengembangkan sistem radar untuk perang. Setelah perang dunia II sitem radar mulai berkembang sangat pesat. Hingga saat ini sistem radar sudah digunakan untuk 4|Sekilas Tentang Radar Cuaca

Resumed by @Japof_Meteorology

keperluan lain seperti kendali lalu lintas udara (ATC), pemantauan cuaca dan juga untuk perjalanan.

Manfaat dari Radar Ada 4 macam hal yang dimanfaatkan dari kegunaan radar cuaca, diantaranya: 1. Untuk Keperluan Militer

Mendeteksi kapal perang lawan dan penyerangan udara. Selain itu radar juga bisa digunakan untuk pengendali peluru 2. Keperluan Kepolisian Radar untuk kepolisian biasa digunakan sebagai alat pendeteksi kecepatan pengendara motor di jalan.

5|Sekilas Tentang Radar Cuaca

Resumed by @Japof_Meteorology

3. Kepeperluan Penerbangan Selain untuk dunia militer dan kepolisian, pemanfaatan alat radar juga untuk aktivitas penerbangan (Air Control Traffic). ATC bertugas mengatur kelancaran lalulintas udara ketika pesawat hendak lepas landas maupun landing dan juga saat perjalanan di udara

4. Mengamati Kondisi Cuaca Ini adalah kasus yang sesuai dengan bahasan kita. Pemanfaatan radar yang paling berkaitan dengan kondisi atmosfer adalah untuk mendeteksi objek dan partikel di udara. Radar cuaca mampu mendeteksi intensitas curah hujan dan juga cuaca buruk. Selain untuk mengetahui intensitas suatu fenomena, radar cuaca juga bisa mampu mendeteksi kecepatan dan arah angin.

Prinsip Dasar Pengamatan dengan Radar Cuaca Radar pada umumnya beroperasi dengan mengirimkan gelombang elektromagnetik untuk menangkap sinyal dari benda yang ada pada wilayah jangkauan. Jarak benda didapat dengan cara mengukur waktu 6|Sekilas Tentang Radar Cuaca

Resumed by @Japof_Meteorology

yang dibutuhkan gelombang elektromagnetik selama penjalarannya mulai dari sensor ke target dan kembali lagi ke sensor.

1. Jumlah Antena

Jenis radar cuaca jika ditinjau dari jumlah antena dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu MonoStatic Radar yaitu radar yang memiliki transmitter dan receiver dalam satu antena. Sedangkan jenis radar satunya adalah Bistatic Radar yaitu radar yang memiliki dua antena yang berupa transmitter dan receiver.

2. Frekuensi dan Panjang Gelombang Berdasarkan panjang gelombang dan frekuensi, radar dibagi menjadi S Band, C Band, dan X Band yaitu seperti gambar disamping 7|Sekilas Tentang Radar Cuaca

Resumed by @Japof_Meteorology

Perkembangan Radar Cuaca sejak tahun 1960 hingga sekarang. Pada Zaman dahulu radar hanya bisa mendeteksi nilai reflektivitas / pemantulan energi dari objek saja. Kemudian berkembang menjadi radar Doppler yaitu mampu mendeteksi Reflektivitas dan juga velocity atau kecepatan yaitu berdasarkan hukum Doppler berupa gerak menjauh dan mendekat. Untuk ke depannya diharapkan radar cuaca bisa menjadi Polarisasi dimana akan jauh lebih baik pengamatan radar tersebut untuk kondisi atmosfer karena memancarkan gelombang dalam arah mendatar maupun vertikal. Berikut ini adalah perbedaan radar Doppler dan Non Doppler

Saat ini BMKG memiliki titik pengamatan radar cuaca sebanyak 27 dan memiliki planning menambah 21 titik radar hingga tahun 2019 dengan jarak antar radar 150 km

8|Sekilas Tentang Radar Cuaca

Resumed by @Japof_Meteorology

9|Sekilas Tentang Radar Cuaca

Resumed by @Japof_Meteorology

Interpretasi Radar Cuaca Teori Pertemuan 2, 3, dan 4 Resumed by @Japof_Meteorology

Setelah kita membahas mengenai dasar dasar pengetahuan tentang radar, kali ini kita akan lebih fokus membahas mengenai Hardware dari Radar Cuaca. Radar cuaca memiliki banyak sekali komponen yang penting, diantaranya

10 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

-

Radome : Untuk melindungi antena radar dari gangguan luar Feed Support : Dipantulkan oleh reflektor berupa aliran gelombang elektromagnetik Lightning Protektor : Pelindung dari Petir Elevation Box : Mengubah sudut elevasi pada antena radar Counter Box : Penyeimbang dari Berat antena radar

Prinsip pengamatan radar

Master Clock mengatur ritme kerja dari radar secara keseluruhan. Gelombang elektromagnetik yang akan dipancarkan disiapkan oleh Modulator, lalu gelombang tersebut dipancarkan oleh transmitter melalui waveguide hingga ke antenna untuk disebarkan ke atmosfir. Sebagian gelombang akan kembali diterima radar setelah menabrak benda yang ada di atmosfir, yang dikenal sebagai echo reply berupa IQ data kemudian diterima oleh receiver lalu diproses oleh signal processing guna menghasilkan data dasar dalam bentuk rawdata format bergantung jenis radar yang digunakan dan jenis data yang diinginkan pengguna untuk menghasilkan produk citra radar cuaca tergantung kebutuhan pengguna (display). Duplexer merupakan persimpangan yang berfungsi untuk mengatur system radar saat melakukan transmit 11 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

atau receive. Panjang gelombang dan frekuensi saling berhubungan dimana: Speed (m/s) = Wavelength (m) x Frequency (1/s) Sehingga, jika wavelength meningkat, frekuensi menurun.

Radar hardware : 1. Transmitter,

yaitu sumber pembangkit Gelombang elektromagnetik yang dikirim ke antenna melalui waveguide ke atmosfir. Komponen ini berfungsi sebagai pembangkit sinyal gelombang berfrekuensi tinggi. Tiga jenis transmitter pada sistem radar cuaca adalah Magnetron (ukuran kecil power sangat besar), Klystron pwer lebih besar disbanding magnetron) dan Solid State(power cukup besar, ekonomis, dan efisien). 2. Modulator, menyiapkan gelombang elektromagnetik yang tepat sesuai pulse transmisi yang akan ditransmit oleh transmitter 3. Master Clock adalah komponen yang berfungsi untuk mengatur ritme kerja dari radar secara keseluruhan, komponen ini yang mengatur periode transmitter dan receive secara simultan dan berkelanjutan. Sebagai penghubung antara perintah yang dimasukkan oleh operator yang menentukan bagaimana radar cuaca bekerja, seperti menentukan range maksimal, jumlah elevasi dan tingkatan elevasi, banyaknya sampling dan pulse yang digunakan serta seberapa sering radar melakukan transmit dalam satuan waktu. 4. Waveguide adalah jalan atau jalur transportasi gelombang elektro magnetik dari transmitter menuju Antenna dan sebaliknya, merupakan jalur echo kembali yang di terima antenna hingga diolah di receiver radar sistem.

12 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

5. Antena merupakan komponen yang berfungsi sebagai media reflektan dari gelombang elektro magnetic yang dipancarkan dari transmitter dan menerima echo kembali yang dipantulkan. 6. Transmitter 7. Receiver Switch 8. Receiver 9. Display 10. Signal processor 11. Dehydrator 12. Radome system adalah perangkat berbentuk bola yang terletak dibagian luar dan teratas dari struk system radar dan gedung operasional. Berfungsi untuk melindungi komponen system Antenna dan Pedestal, dan seluruh system radar Di BMKG, terdapat beberapa Merk Radar yang dioperasikan. Beberapa tipe radar itu memiliki karakteristik masing-masing yang sesuai dengan kondisi lokal dari wilayah yang diamati. Di setiap merk radar memiliki Software aplikasi yang berbeda-beda namun secara konseptual masih sama. Beriku ini merupakan beberapa contoh Merk radar yang ada di Indonesia dan software bawaannya:

13 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

Berikut ini adalah nama Radar dan juga Software bawaannya : 1. 2. 3. 4.

Radar Gematronik Radar Baron Radar Vaisala Radar EEC

= Rainbow = Frog = IRIS = Edge

14 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

Prinsip Kerja Radar Cuaca

    

Mentransmisikan Gelombang Radio melalui Antena Mengukur kekuatan Reflektifitas dari obyek hydrometeor Jarak dari target diukur berdasarkan perhitungan waktu yang ditempuh echo dari target. Arah antena menyatakan arah dari target Doppler Weather Radar tidak hanya mengukur reflektifitas tetapi juga mengukur perubahan frekuensi dari pergerakan objek/target. Perubahan frekuensi ini dinyatakan sebagai kecepatan/Velocity yang digambarkan kedalam pergerakan menjauhi dan mendekati radar (Doppler Principle)

Prinsip kerja radar dibagi berdasarkan bentuk gelombangnya, yaitu -

-

Continuous Wave/CW (Gelombang Berkesinambungan), merupakan radar yang menggunakan transmitter dan antena penerima (receive antenna) secara terpisah, di mana radar ini terus menerus memancarkan gelombang elektromagnetik. Pulsed Radars/PR (Radar Berdenyut), merupakan radar yang gelombang elektromagnetiknya diputus secara berirama. Frekuensi denyut radar (Pulse Repetition Frequency/PRF)

Kemudian Bagaimanakah Radar Mampu Mendeteksi Posisi Target ??

15 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

Pertanyaan tersebut sebenarnya simple tapi juga sulit untuk dipaparkan. Dalam proses scanning pada radar cuaca, ada beberapa informasi yang didapatkan saat radar melakukan scanning, yaitu 1. Azimuth Angle 2. Elevation Angle 3. Jarak

: Sudut terhadap True North : Sudut terhadap permukaan Bumi : Dari waktu kembalinya gelombang

Ketika melakukan scanning, radar memiliki elevasi yang berubah-ubah setelah selesai melakukan scaning pada satu elevasi. Setelah selesai untuk elevasi pertama, elevasi radar akan naik dan melakukan scanning kembali hingga selesai, kemudian elevasi akan naik lagi dan begitu seterusnya hingga elevasi maksimum sekitar 19.5o. Sedangkan dalam menentukan jarak objek dari radar, kita bisa menggunakan rumus berikut:

16 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

Maka : 2 D = c x t atau

D = c x t/2 c=3 x 10^8 m/s Dengan melakukan perhitungan berdasarkan jarak, Azimut Angle dan Elevasi Antena lokasi pasti dari Target/echo berada dapat dipastikan

Radar Doppler mengukur nilai Pantulan Energi (Reflektivitas) dan Velocity (kecepatan Partikel). Namun ketika radar melakukan scanning, terdapat beberapa kelamahan saat beroprasi, diantaranya: -

-

-

Bumi tidak datar sehingga semakin jauh jarak suatu objek maka bagian yang terdeteksi radar hanyalah yang elevasinya tinggi. Oleh karena itu radar kurang bagus ketika digunakan pada jarak yang terlalu jauh Radar tidak bisa melakukan scanning hingga elevasi 90o. Oleh karena itu di semua radar pasti ada daerah di dekat radar yang tidak bisa diamati (Cone of Silence). Itulah mengapa pemasangan radar cuaca sebaiknya tidak berada tepat di wilayah Bandara. Kemudian radar juga tidak bisa mendeteksi objek yang tertutup oleh gunung. Itulah mengapa penting untuk acuan sebelum memasang radar, kita harus mengetahui bentuk topografi di wilayah tersebut agar bisa terhindar dari faktor ini.

17 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

Perlu kita ketahui juga bahwa semakin jauh objek yang diamati radar, maka ketinggian dari objek yang dapat diamati juga semakin tinggi. Misalnya saja, dengan jarak 200 km dari radar, kita tidak bisa mengamati fenomena alam yang terjadi pada ketinggian dibawah 1 km karena sifat dari transmit gelombang radar. Untuk lebih jelasnya, mari kita perhatikan ilustrasi berikut ini:

Jarak (RANGE) yang mampu dijangkau radar bisa kita atur sesuai kebutuhan. Namun yang perlu diketahui bahwa semakin jauh dari radar, maka fenomena yang bisa diamati hanya yang berada di lapisan tinggi saja. Seperti contoh pada jarak 100 km di elevasi 1.0o kita hanya bisa mengamati fenomena di atas ketinggian 4 km. Sedangkan 18 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

fenomena dibawah itu tidak bisa diamati oleh radar. Begitu pula kasus yang lainnya.

JENIS SCANNING PADA RADAR Seperti yang telah kita bahas tadi, radar cuaca melakukan scanning dalam 2 tipe yaitu Elevasional Scanning (atas – bawah) dan juga Azimuthal Scanning (berputar 360o). Kombinasi dari kedua scanning ini akan menghasilkan suatu data yang dinamakan Volume Scanning yaitu merupakan data lengkap dari hasil seluruh scanning.

Selain melakukan 2 scanning diatas, radar juga bisa kita atur untuk melakukan Sectoral Scanning yaitu berupa scanning hanya pada wilayah tertentu saja. Seperti contoh ketika kita ingin fokus pada kejadian gunung api yang meletus, kita arah kan radar hanya untuk scanning area itu saja. Namun perlu diketahui, jika kita menggunakan jenis scanning ini untuk operasional, maka akan sangat mengurangi manfaat dari radar itu sendiri. Karena jika kita mengatur untuk sectoral scanning, radar tidak akan melakukan scanning di wilayah yang lainnya. Padahal kita tahu bahwa seluruh wilayah di sekitar kita perlu diamati oleh radar agar analisa dan prakiraan cuaca menjadi lebih cepat dan akurat.

19 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

Selain itu, fakta yang harus kita ketahui bahwa radar memancarkan Beam (Gelombang) tidak dalam ukuran yang sama terus menerus. Terdapat suatu sudut dari beam itu sehingga semakin jauh dari radar, ukuran beam akan semakin besar. Berikut ini adalah ilustrasi mengenai berapa ukuran beam radar yang dipengaruhi oleh besarnya jarak objek dengan radar cuaca

20 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

Strategi Dalam Melakukan Scanning

Dalam melakukan jenis strategi scanning radar, kita harus mengatur sesuai kebutuhan kita. Radar cuaca yang kita miliki ini bisa diatur dalam masalah durasi, banyak elevasi, dan juga kecepatan scanning sesuai yang kita perlukan. Namun dalam operasional yang ada, terdapat 3 scanning yang paling populer digunakan, diantaranya: 1. VCP 11 2. VCP 21 3. VCP 31

: Digunakan ketika cuaca Buruk : Bisa digunakan saat cuaca buruk atau cerah : Digunakan ketika cuaca cerah / kemarau

Berikut ini adalah detail perbedaan dari setiap VCP yang biasa digunakan dalam operasional:

21 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

Berikut ini adalah ilustrasi dari Jumlah Elevasi setiap Scanning Strategi

Jika kita menggunakan VCP11, maka saat itu kita lebih mengutamakan KUANTITAS (banyaknya data) daripada kualitas dari data itu. Karena dengan menggunakan mode ini, kita hanya membutuhkan waktu 5 menit untuk scanning 16 elevasi. Oleh karena itu mode ini sangat cocok untuk kondisi cuaca yang sangat buruk karena kita akan mengetahui secara cepat dan update kondisi awan konvektif dan kondisi atmosfer lainnya. Sedangkan untuk mode VCP31, maka kita lebih mengutamakan KUALITAS daripada banyaknya data. Mode ini digunakan saat kondisi atmosfer sangat cerah atau biasanya ketika musim kemarau. Saat menggunakan mode ini, radar akan melakukan scanning dengan sangat teliti dan hanya pada beberapa elevasi saja. Oleh karena itu, 22 | S e k i l a s T e n t a n g R a d a r C u a c a

Resumed by @Japof_Meteorology

output dari mode ini akan sangat bagus kualitasnya jika dibandingkan scanning yang lainnnya. Namun untuk mode VCP21, biasa digunakan ketika cuaca yang tidak menentu. Mode ini sangat pas dari segi kuantitas dan kualitas meskipun kuantitas tidak sebagus VCP11 dan kualitas tidak sebagus VCP31. Mode ini melakukan scanning sebanyak 9 elevasi dalam waktu 6 menit.

#FAKTA DI LUAR SILDE MATERI -

-

-

Untuk memperbaiki kualitas data radar, kita bisa melakukannya dengan memperbesar PRF (Pulse Repetition Frequentcy) Ada ra...