Prinsip Pengamatan Radar Cuaca
RADAR → Radio Detecting and Ranging
Radar memancarkan gelombang elektromagnetik → mengenai target → menerima energi balik. Energi balik bergantung pada:
- Ukuran partikel
- Konsentrasi partikel
- Fase partikel (liquid, mix)
- Bentuk partikel (bulat, pipih)
Energi balik yang diterima akan diproses menjadi output data (reflectivity, dll)
Gambar diatas menggambarkan proses pemancaran pulsa radar → mengenai tetesan hujan → dipantulkan kembali → diterima radar sebagai echo. Dari echo tersebut radar cuaca dapat menentukan lokasi hujan, jarak hujan, intensitas hujan, dan pergerakan massa udara. Ini adalah konsep paling dasar dari pengamatan radar cuaca.
Produk Standard
Produk radar cuaca digunakan untuk melihat distribusi hujan, awan, badai, hingga pergerakan angin di atmosfer. Setiap produk memiliki fungsi dan cara kerja berbeda tergantung kebutuhan analisis cuaca dan nowcasting.
Plan Position Indicator (PPI)
Konsep
Algoritma PPI (Plan Position Indicator) dimulai dengan suatu kumpulan data volume yang memiliki setidaknya satu sudut elevasi. Sebuah bidang dengan elevasi konstan diekstraksi dari data tersebut dan diubah menjadi citra keluaran.
Jarak yang ditampilkan adalah slant range (jarak sepanjang lintasan berkas radar), sehingga tampilan PPI sangat mirip dengan tampilan radar klasik.
Selain itu, tersedia opsi untuk menggunakan horizontal range (jarak horizontal terhadap radar) sebagai pengganti slant range.
Penjelasan Istilah
- Volume data set: Kumpulan data radar hasil pemindaian pada satu atau beberapa sudut elevasi.
- Elevation: Sudut kemiringan antena radar terhadap horizontal.
- Slant range: Jarak sebenarnya yang ditempuh sinyal radar dari antena ke target mengikuti arah berkas radar.
- Horizontal range: Proyeksi jarak target pada permukaan bumi (jarak mendatar dari radar ke target).
Pada radar cuaca, PPI merupakan produk yang paling umum digunakan karena menampilkan kondisi cuaca di sekitar radar dalam tampilan melingkar (360°), seperti yang biasa terlihat pada layar operasional radar.
Algoritma
Algoritma dimulai dengan kumpulan data mentah volume polar (polar volume raw data set) yang memiliki setidaknya satu sudut elevasi.
Tabel elevasi dibaca dari data mentah tersebut. Elevasi yang paling dekat dengan elevasi yang ditentukan pada lembar kerja Product Definition File (PDF) akan dipilih. Data dari elevasi tersebut kemudian diekstraksi dari data mentah. Tidak dilakukan interpolasi pada arah elevasi.
Bidang polar kemudian dikonversi menjadi bidang Kartesian (Cartesian plane) dan citra produk dibentuk. Karena jarak yang ditampilkan adalah slant range (jarak sepanjang lintasan berkas radar), maka semua elevasi dalam satu kumpulan data mentah akan mencakup rentang tampilan yang sama pada citra. Dengan kata lain, tidak dilakukan proyeksi kartografis (pemetaan geografis).
Perlu diperhatikan bahwa, khususnya untuk elevasi yang lebih tinggi, informasi overlay maupun underlay di RainDART tidak akan sesuai secara tepat dengan data yang ditampilkan.
Penjelasan Tambahan
- Polar plane: Data radar dalam koordinat asli radar (jarak dan azimut).
- Cartesian plane: Data yang telah diubah menjadi koordinat X-Y (grid persegi).
- Overlay: Informasi yang ditampilkan di atas data radar, misalnya batas administrasi, jalan, sungai, atau lokasi kota.
- Underlay: Informasi latar belakang yang berada di bawah data radar, misalnya peta topografi atau citra dasar.
Karena produk ini menggunakan slant range dan bukan proyeksi geografis, posisi overlay/underlay dapat semakin bergeser pada elevasi tinggi sehingga tidak tepat menutupi lokasi sebenarnya pada tampilan radar.
 |
| Citra produk PPI untuk data Reflectivity |
{next}
Cara Kerja PPI
Maximum Display (MAX) dan Column Maximum (CMAX)
Algoritma Produk MAX diperoleh dari proses konversi suatu data volume dalam koordinat polar menjadi koordinat Cartesian, sekaligus menghasilkan tiga jenis citra (Utara-Selatan, Timur-Barat, tampak atas) dan menggabungkan ketiganya menjadi satu citra.
 |
| Citra produk MAX |
Tampak atas dan samping dari citra produk MAX akan memberikan gambaran tiga dimensi dari suatu kondisi cuaca. Selain itu, ground clutter akan berkurang apabila ketinggian minimum produk dibuat lebih besar dari ketinggian aktual radar. Produk ini sangat baik untuk analisis data pada jarak menengah,namun di sisi lain, kurang berguna untuk interpretasi data kecepatan, karena hanya menampilkan kecepatan mutlak saja.
 |
| Citra produk CMAX |
- Fungsi : CMAX menampilkan nilai reflektivitas maksimum vertikal dari seluruh kolom atmosfer.
- Cara Kerja : Radar melakukan beberapa scan elevasi berbeda: 0.5°, 1.5°, 2.4°, dst. sehingga Sistem kemudian mengambil nilai reflektivitas tertinggi pada setiap titik grid.
- Kegunaan : Melihat inti badai paling kuat, Identifikasi awan Cumulonimbus, Menentukan area hujan ekstrem, Sangat populer untuk nowcasting
- Kelebihan : Lebih mudah melihat sel badai kuat, Tidak dipengaruhi elevasi tunggal,
- Kekurangan :Tidak menunjukkan ketinggian hujan, Bisa menampilkan overestimate area hujan
Produk CMAX sangat mirip dengan MAX, bedanya CMAX tidak memiliki proyeksi atau tampak samping seperti MAX. Umumnya CMAX digunakan untuk analisis suatu lapisan vertikal dengan ketebalan tertentu.
- CMAX merupakan produk spesifik radar, mengambil reflektivitas maksimum seluruh kolom atmosfer, sangat penting untuk nowcasting badai
- MAX merupakan istilah umum, bisa berbeda tergantung software radar, tidak selalu berarti maksimum seluruh kolom.
- Inti perbedaannya adalah CMAX adalah jenis MAX yang secara khusus mengambil reflektivitas maksimum dari seluruh kolom vertikal atmosfer.
Range Height Indicator (RHI)
Algoritma Produk RHI diperoleh dari proses scan pada seluruh elevasi dengan sudut azimuth yang tetap. Hasil dari proses ini adalah suatu tampilan vertikal (jarak vs ketinggian).
 |
| Citra produk RHI untuk data Reflectivity |
Produk RHI memiliki resolusi yang tinggi, yang bergantung pada kenaikan langkah jarak (range step) dan langkah sudut tetap (fix angle step) dari definisi scan. Namun produk ini hanya memungkinkan pengamatan pada satu arah radial saja karena hanya menggunakan satu sudut azimuth. RHI juga memungkinkan pengamatan irisan vertikal di atas radar (overhead cut) apabila perangkat keras radar mendukung pengamatan dengan sudut elevasi melebihi 90 derajat.
Saat ini, RHI termasuk produk klasik. Pada sistem Rainbow, produk VCUT lebih umum digunakan dibandingkan RHI. VCUT memungkinkan pengamatan vertikal secara bebas dan interaktif pada suatu arah tertentu dengan menggunakan DART, tanpa perlu scan tambahan. Namun untuk keperluan ilmiah, RHI lebih baik digunakan karena menggunakan satu sudut azimuth tetap dan resolusi data yang lebih tinggi.
- Fungsi RHI : menampilkan penampang vertikal atmosfer.
- Cara Kerja : antena radar bergerak vertikal dari elevasi rendah ke tinggi pada satu arah azimut tetap.
- Kegunaan : analisis tinggi awan, struktur badai vertikal, deteksi overshooting top.
Constant Altitude Plan Position Indicator (CAPPI)
Algoritma produk CAPPI menghasilkan suatu cuatu citra pada satu lapisan atmosfer tertentu, yang didefinisikan oleh pengguna. Dengan mode Pseudo-CAPPI, bagian data yang tidak tercakup dalam citra diambil dari data elevasi tertinggi dan terendah.
 |
| Citra Produk CAPPI |
Produk saat ini sangat baik untuk keperluan analisis karena menggambarkan data pada satu ketinggian yang sama. Dengan demikian, pengaruh ground clutter dapat dikurangi apabila dibandingkan dengan produk PPI. Kekurangan produk CAPPI adalah keterbatasan jangkauan akibat adanya blank spot karena keterbasan sudut elevasi pengamatan. Kekurangan ini dapat diatasi dengan menggunakan mode Pseudo-CAPPI.
 |
| Perbandingan CAPPI vs PPI |
- Fungsi CAPPI : menampilkan reflektivitas radar pada ketinggian tertentu yang konstan.
- Contoh:
- CAPPI 0.5 km
- CAPPI 1 km
- CAPPI 3 km
- Cara Kerja : radar menggabungkan berbagai elevasi scan untuk menghasilkan data pada satu level ketinggian tertentu. Misalnya sistem mengambil data yang paling mendekati 2 km dari berbagai sudut elevasi.
- Kegunaan : analisis struktur badai, melihat distribusi hujan pada lapisan tertentu, sangat berguna untuk meteorologi penerbangan
- Kelebihan : representasi atmosfer lebih konsisten, tidak terlalu terpengaruh kenaikan beam radar
- Kekurangan : membutuhkan interpolasi data, akurasi menurun jauh dari radar
Perbedaan Mendasar PPI dan CAPPI
Cara Kerja PPI
Proses radar: menentukan satu elevasi, misalnya 0.5°, antena berputar 360°, menghasilkan reflektivitas pada sudut tersebut. Masalah Utama PPI adalah karena bumi melengkung dan beam radar naik terhadap jarak:
- Dekat radar → beam rendah
- Jauh radar → beam semakin tinggi
Akibatnya:
- Hujan dekat radar diamati dekat permukaan
- Hujan jauh radar diamati pada lapisan lebih tinggi
Cara Kerja CAPPI
Proses radar melakukan volume scan: 0.5°, 1.5°, 2.4°, 3.4°, dst.
Kemudian sistem:
- Mengambil data dari berbagai elevasi
- Menginterpolasi data
- Membentuk peta pada ketinggian tertentu
Misalnya CAPPI 2 km semua grid merepresentasikan reflektivitas sekitar 2 km.
Analogi Sederhana
Untuk PPI bayangkan Anda menyenter lurus sedikit ke atas, semakin jauh cahaya akan semakin tinggi posisi cahaya dari tanah, itulah PPI.
Untuk CAPPI bayangkan Anda ingin melihat semua objek tepat pada ketinggian 2 meter. Anda harus mengambil data dari berbagai arah/sudut, lalu menyusunnya menjadi satu bidang datar, itulah CAPPI.
Dampak Praktis di Operasional Cuaca
PPI Cocok Untuk
- Monitoring realtime cepat
- Operasional radar dasar
- Melihat distribusi hujan umum
- Deteksi dini awan konvektif
Keunggulan :
- Data asli radar
- Cepat diproses
- Tidak banyak interpolasi
Kekurangan :
- Beam overshooting
- Representasi atmosfer tidak konsisten jauh radar
CAPPI Cocok Untuk
- Analisis struktur badai
- Meteorologi penerbangan
- Nowcasting lanjutan
- Analisis spasial hujan
Keunggulan :
- Tinggi observasi konsisten
- Lebih representatif
Kekurangan :
- Membutuhkan volume scan lengkap
- Ada interpolasi
- Akurasi menurun jauh dari radar
Perbedaan Beam Radar
Pada PPI beam radar naik seiring jarak artinya radar jauh tidak melihat hujan permukaan.
Pada CAPPI sistem mencoba mempertahankan (Semua data ≈ ketinggian sama) sehingga lebih mudah membandingkan area hujan.
Kenapa CAPPI Lebih Baik untuk Analisis?
Karena atmosfer bersifat tiga dimensi. Intensitas hujan pada 1 km, 3 km, 8 km bisa sangat berbeda. CAPPI membantu meteorolog melihat struktur atmosfer pada layer tertentu tanpa bias kenaikan beam radar.
Contoh Operasional :
- Saat menggunakan PPI meteorolog mungkin melihat reflektivitas melemah jauh radar, padahal bukan hujan melemah, tetapi beam radar terlalu tinggi dan melewati inti hujan bawah.
- Saat Menggunakan CAPPI reflektivitas lebih konsisten karena semua titik dibandingkan pada ketinggian yang sama.
Kesimpulan Utama Perbedaan PPI vs CAPPI adalah
PPI
- Berdasarkan sudut elevasi
- Data asli radar
- Beam naik terhadap jarak
- Cepat dan sederhana
CAPPI
- Berdasarkan ketinggian tetap
- Gabungan multi elevasi
- Lebih representatif atmosfer
- Cocok untuk analisis mendalam
- Inti Perbedaan Paling Penting
PPI mengikuti arah pancaran radar, sedangkan CAPPI mengikuti ketinggian atmosfer.
Vertical Cut (VCUT) dan Multiple Line Vertical Cut (MLVCUT)
Algoritma Produk VCUT menampilkan irisan vertikal dari suatu set data dalam koordinat polar. Titik awal dan akhir dapat dipilih secara interaktif dengan menggunakan mouse. Untuk produk MLVCUT, irisan vertikal dihasilkan dari beberapa irisan garis.
 |
| Produk VCUT |
 |
| VCUT vs RHI |
Titik-titik awal dan akhir dari irisan dapat ditempatkan pada berbagai posisi secara bebas pada worksheet secara interaktif dengan mouse. Apabila dibandingkan dengan produk RHI, VCUT kurang baik digunakan untuk pengamatan jarak jauh karena resolusinya lebih rendah dibandingkan RHI. Di sisi lain, produk ini sangat berguna, khususnya untuk analisis struktur vertikal dari berbagai fenomena meteorologi, misalnya hujan badai (thunderstorm).
Echo Height (EHT)
Algoritma Produk EHT menunjukkan ketinggian maksimum objek di mana nilai yang terukur melebihi ambang batas yang ditetapkan pengguna. Beberapa parameter yang dapat dipilih antara lain : Echo Top, Echo Base, Height of Zmax dan Layer Thickness.
 |
| Produk EHT |
Produk EHT memberikan identifikasi dari struktur echo dalam suatu kolom vertikal secara otomatis, sehingga berguna untuk pengamatan fenomena meteorologi seperti sel thunderstorm, bright band dan lain-lain. Di sisi lain, untuk pengamatan hujan stratiformis, produk ini cenderung menghasilkan struktur cincin konsentris akibat jeda waktu data pada volume scan, sehingga terkadang dapat membingungkan pengguna.
{next}
Produk Lanjutan (Extended Products)
Base Reflectivity (BASEZ)
Produk BASEZ menggunakan suatu volume data reflectivity sebagai masukan. Suatu citra dari data reflectivity dihasilkan dengan menggunakan irisan data pada elevasi paling rendah yang lebih tinggi dari ambang batas yang ditetapkan pengguna.
 |
| Produk BASEZ dengan clutter di sekitar radar (lingkaran merah) |
Produk BASEZ dapat menangani efek kenaikan data sekaligus menghindari efek bright band. Produk ini menunjukkan data reflectifity pada ketinggian yang paling rendah (dari data yang ada), sehingga data yang dihasilkan paling mendekati kebenaran dibandingkan produk lain. Namun, seperti halnya produk PPI, data yang dihasilkan BASEZ diproses berdasarkan sudut elevasi, akibatnya informasi ketinggian tiap data bisa berbeda satu sama lain. Selain itu, data pada elevasi terendah umumnya terkontaminasi clutter, sehingga penggunaan teknik clutter filter pada produk ini sangat dianjurkan.
Velocity Azimuth Display (VAD)
Produk VAD menampilkan nilai kecepatan radial dengan sudut azimuth pada suatu elevasi dan jarak yang tetap.
 |
| Produk VAD pada jarak (range) 5km |
Produk VAD merupakan produk klasik namun sangat berguna bagi ahli meteorologi karena proses kalkulasinya yang singkat, sehingga pemeriksaan kualitas data kecepatan radial juga dapat dilakukan dalam waktu singkat. Di sisi lain, interpretasi data angin tak homogen dari produk ini memerlukan banyak pengalaman pengguna dibandingkan interpretasi untuk produk lainnya.
Volume Velocity Processing (VVP)
Produk VVP terbilang unik karena dapat menampilkan panah angin (wind barb) dari kecepatan dan arah angin horizontal dalam suatu tabung vertikal di sekitar radar pada suatu deret waktu tertentu.
 |
| Produk VVP |
Tampilan profil dari produk ini dapat menunjukkan berbagai variasi komponen medan angin dari suatu kolom vertikal di atas lokasi radar. Gambar di bawah menunjukkan kecepatan angin horizontal terhadap ketinggian.
 |
| Komponen kecepatan angin horizontal terhadap ketinggian |
Produk VVP dapat menghitung profil vertikal dari berbagai jenis data keluaran, bahkan pada kondisi tidak terdapat partikel air (misalnya tidak ada hujan) hingga pada ketinggian beberapa kilometer. Hal ini disebabkan oleh tingginya sensitifitas kanal kecepatan dari radar, dan karena adanya polusi udara (seperti debu, partikel garam) di angkasa. Produk ini sangat berguna, terutama untuk dunia penerbangan, namun diperlukan data kecepatan dengan kualitas yang sangat baik untuk memperolehnya, misalnya data volume scan yang dioptimasi untuk khusus data kecepatan.
Uniform Wind Technique (UWT) dan Horizontal Wind (HWIND)
Produk UWT dapat menampilkan vektor angin horizontal yang bisa ditumpuk (overlay) secara dinamis pada berbagai proyeksi citra produk radar.
 |
| Produk UWT yang ditambahkan pada citra produk CAPPI |
Dengan menggunakan UWT, vektor angin horizontal dapat diperoleh hanya dengan menggunakan satu radar Doppler. Produk ini sangat berguna, misalnya untuk menampilkan medan angin horizontal dan reflectivity secara bersamaan. UWT juga dapat ditampilkan bersama dengan produk lain, misalnya PPI. Namun, seperti halnya VVP, produk ini juga membutuhkan data kecepatan dengan kualitas tinggi.
 |
| Produk HWIND Yang di Overlay Dengan CAPPI |
Produk HWIND hampir serupa dengan UWT, namun pada HWIND, komponen angin horizontal diperoleh dengan teknik regresi seperti pada produk VAD.
Multiple Layer Plan Position Indicator (MPPI)
Produk MPPI dapat dihasilkan dari seluruh jenis data dan mengandung citra dari seluruh irisan PPI pada suatu interval tertentu.
 |
| Produk MPPI |
Produk ini sangat berguna karena dapat memberikan akses cepat ke data pada tiap sudut elevasi. Kekurangannya, produk ini membutuhkan ruang harddisk yang sangat besar karena mengandung data dari tiap elevasi. Selain itu, seperti halnya PPI, efek kelengkungan bumi perlu diperhatikan pada saat interpretasi data.
Vertical Profile of Reflectivity (VPR)
Produk VPR menampilkan profil reflectivity dalam suatu kolom vertikal di atas lokasi radar. Pada produk ini, reflectivity (dan nilai gradiennya) ditampilkan terhadap ketinggian.
 |
| ProdukVPR |
Dengan produk VPR, profil vertikal dari reflectivity dapat dianalisis. Ketinggian melting layer (0° isotherm) dapat diturunkan dengan analisis profil bright band. Produk ini sangat dipengaruhi clutter, sehingga sangat bergantung pada parameter clutter filtering yang ditetapkan pengguna.
Severe Weather Analysis Display (SWAD)
Tujuan utama dari produk SWAD adalah untuk menunjukkan berbagai jenis data radar (Z, V, W, Shear) di suatu wilayah kecil di sekitar lokasi cuaca buruk. Pusat dari empat citra akan diturunkan secara otomatis ketika nilai yang diukur melebihi ambang batas yang ditetapkan pengguna.
 |
| Produk SWAD (Z, V, W, Shear) |
Keempat tampilan data yang berbeda akan ditempatkan secara otomatis di wilayah yang mengalami cuaca buruk. Apabila titik referensi ditetapkan pada lokasi radar, maka produk SWAD akan tampak seperti empat produk PPI dari empat jenis data yang berbeda yang dijadikan satu. Namun, keempat data ini harus berasal dari scan yang sama. Di sisi lain, produk ini sangat berguna untuk analisis lokasi cuaca buruk hingga jarak menengah.
Storm Relative Veolocity (SRV)
Produk ini digunakan untuk menunjukkan nilai kecepatan radial lokal relatif terhadap suatu badai yang bergerak. Tidak seperti produk PPI (V) pada umumnya, pusat citra tidak selalu harus berada pada lokasi radar dan angin permukaan dapat dihilangkan.
 |
| Produk PPI (kiri) dengan angin permukaan dan SRV (kanan) tanpa angin permukaan |
Produk ini sangat baik untuk menganalisis detail medan angin berdasarkan data kecepatan radial. Detail lokal dari suatu medan angin permukaan (misalnya rotasi, divergensi, konvergensi) terlihat jauh lebih setelah angin permukaan dihilangkan. Dengan produk ini, pengguna juga dapat mengamati data dari suatu daerah tertentu di luar pusat citra dengan lebih baik.
Spectrum at Maximum Velocity (SMV)
Pada produk ini, untuk setiap piksel, suatu kolom vertikal dari data W dan V diturunkan. Data W dari ketinggian tersebut ditampilkan di mana nilai mutlak maksimum dari data V pada kolom tadi diukur.
 |
| Produk SMV |
Produk SMV sangat berguna untuk dunia penerbangan karena produk ini menampilkan wilayah-wilayah kecepatan tinggi yang terkorelasi dengan lebar spektrum tinggi (turbulensi).
Layer Mean Reflectivity (LMR)
Tidak seperti halnya produk MAX, LMR memberikan estimasi dari reflectivity rata-rata dari suatu lapisan atmosfer yang ditentukan oleh pengguna.
 |
| Produk LMR |
Produk ini berguna untuk analisis data reflectivity pada jarak menengah. Ground clutter tidak akan tampak apabila pengguna memilih lapisan terbawah lebih tinggi dari ketinggian radar. Efek variasi profil reflectivity vertikal yang kuat (bright band) juga dapat dikurangi.