RADAR

A. Pengertian Radar

Radar adalah singkatan dari Radio Detection And Ranging adalah salah satu sistem penginderaan jauh aktif. Sesuai dengan nama yang diberikan radar dikembangkan sebagai suatu cara yang menggunakan gelombang radio untuk mendeteksi adanya objek dan menentukan jarak (posisi) obyek tersebut. Prinsip kerja radar ialah memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetik yang dipantulkan oleh target. Dalam bidang meteorology radar digunakan untuk mendeteksi dan mengetahui letak awan dan kemungkinan terjadinya hujan.

Salah satu sistem yang penting untuk mendukung pengamatan meteorologi adalah dengan penggunaan Radar Cuaca (Weather Radars). Radar Cuaca adalah peralatan radar yang didesain khusus untuk pengamatan cuaca karena memungkinkan untuk menentukan lokasi presipitasi sehingga dapat mendeteksi tingkat lemah/kuatnya suatu badai sebagai suatu fenomena cuaca. Radar cuaca juga dapat mendeteksi kandungan partikel air dan es di dalam atau di bawah awan yang sangat mungkin untuk jatuh sebagai hujan, salju atau rambun. Radar Cuaca dapat digunakan untuk mengetahui posisi hujan , memperhitungkan gerakannya, memperkirakan jenisnya (apakah hujan, salju, hujan es, dan sebagainya). Sebagai alat pengamat fenomena meteorologi dan presipitasi, Radar Cuaca mampu memberikan informasi yang lebih detail untuk mendukung pelayanan bagi publik dalam skala dan waktu yang dibutuhkan.

Pemanfaatan data hasil pengamatan meteorologi di permukaan, pengamatan Synoptik udara atas dengan Radiosonde/Radiowind dan Pilot Balon serta pengamatan khusus dengan Radar Cuaca dan Satelit Cuaca secara bersama-sama akan dapat membantu dan mempermudah pekerjaan seorang ahli meteorologi/forecaster dalam memberikan pelayanan dan informasi bagi pengguna jasa meteorologi seperti pelayanan penerbangan, peningkatan produksi tanaman pangan, klaim asuransi, peringatan banjir dan sebagainya. Radar cuaca memiliki kemampuan untuk mendeteksi intensitas curah hujan dan cuaca buruk, misalnya badai.

B. Jenis-Jenis Radar

1. Doppler Radar

Jenis radar ini menggunakan efek Doppler untuk mengukur kecepatan radial dari sebuah objek yang masuk ke daerah tangkapan. Efek Doppler adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang dari sebuah gelombang yang diterima pengamat. Adapun kecepatan radial ialah kecepatan suatu benda dalam arah segaris dengan pandangan (menjauhi atau mendekati pengamat). Contoh Doppler Radar ialah radar cuaca yang digunakan mengetahui seluruh fenomena yang terjadi di atmosfer Bumi atau sebuah planet lain.

2. Bistatic Radar

Sistem radar ini terdiri dari komponen penerima sinyal (receiver) dan pemancar sinyal (transmitter). Dengan dua komponen tersebut, target dapat dideteksi melalui sinyal yang dipantulkan ke pusat antena. Sistem radar itu berfungsi melacak keberadaan target melalui proses refleksi dari sumber pencahayaan yang ada. Radar ini selanjutnya biasa digunakan untuk sinyal komunikasi dan sistem penyiaran. frans ekodhanto.

3. Radar presipitasi (PR : Precipitation Radar)

adalah sensor pengindera presipitasi (curah hujan) pertama yang berada di antariksa, dan dibawa oleh satelit TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission). Sensor PR satelit TRMM ini berupa radar pengamatan secara elektronik (electronically scanning radar) terhadap curah hujan dari antariksa, beroperasi pada frekuensi 13,8 GHz, memiliki resolusi horisontal di permukaan sekitar 3,1 mile (5 km) dan lebar sapuan (swath width) 154 mile (247 km). Kegunaan utama dari sensor PR satelit TRMM ini adalah untuk pemantauan/pengukuran secara 3-D (tiga dimensi) distribusi curah hujan yang terjadi, baik di atas daratan maupun di atas lautan, serta untuk pengukuran kedalaman lapisan curah hujan di atmosfer itu sendiri. Secara lebih rinci, sensor PR satelit TRMM ini dapat digunakan untuk pemantauan/pengukuran profil (vertikal) curah hujan dan salju dari permukaan sampai ketinggian sekitar 12 mile (20 km), dengan resolusi vertikal setiap 250 m, dan sensitivitas sinyal minimum yang mampu di deteksi senor PR satelit TRMM ini lebih kurang 20 dBz atau setara dengan kecepatan curah hujan (rain rate) sekitar 0,7 mm / jam. (Fu dan Liu, 2001). Sensor PR satelit TRMM ini didisain oleh NASDA (National Space Development Agency) Jepang, yang sekarang dikenal sebagai JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) Jepang dalam rangka kerjasama dengan NASA (National Aeronautics and Space Administration) Amerika Serikat untuk memantau dan studi curah hujan di daerah tropis.

4. Equatorial Atmosphere Radar (EAR)

EAR adalah radar doppler yang dibangun untuk observasi di daerah ekuator, radar ini selesai diinstal sejak bulan Maret 2001. EAR beroperasi pada 47 MHz dengan maksimum peak dan kekuatan transmisi rata-rata 100 kW dan 5 kW. EAR diinstal pada area pengunungan di bagian barat Sumatra yang berlokasi pada 0.20º S, 100º E di Bukittinggi.

Prinsip pengukuran angin dengan radar memancarkan dan menerima pulsa radiasi gelombang mikro dengan antenanya. Antena memfokuskan radiasi menjadi beam sempit, sehingga sinyal yang ditransmisikan berjalan pada arah yang spesifik. Sinyal yang diterima dipantulkan dari target yang terletak di arah beam, dan jarak antar radar dengan target bisa ditentukan secara akurat dari selang waktu sinyal yang dipancarkan sampai sinyal yang diterima. Di stasiun ini dibangun Radar Atmosfer Khatulistiwa (Equatorial Atmospheric Radar) untuk memantau kondisi atmosfer hingga ketinggian lebih dari 100 kilometer. Dengan instrumen ini diukur angin dalam tiga dimensi. Selain itu diperoleh data suhu virtual dengan menggunakan gelombang suara untuk kemudian dikonversikan guna memperoleh gambaran besarnya kandungan uap air di atas atmosfer Sumatera Barat.

5. Boundary Layer Radar (BLR)

BLR merupakan L-band Doppler radar yang disebutkan sebagai radar profil angin yang dapat digunakan untuk mengukur kecepatan angin pada suatu tempat sebagai fungsi dari ketinggian. Boundary Layer atmosfer sendiri didefinisikan sebagai bagian dari troposfer yang secara langsung dipengaruhi oleh permukaan bumi dan bereaksi dengan gaya permukaan dalam skala waktu kurang dari satu jam. Gaya ini termasuk evaporasi, transpirasi, transfer panas dan emisi polutan (Nurmayani, 2003).

Sistem perangkat BLR terdiri dari unit antena, unit transmitter, unit penerima, unit akusisi data dan unit pemroses sinyal. Pada pengamatan dengan BLR sinyal frekuensi radio yang diperkuat dalam unit transmitter, dipancarkan dari antena parabola. Sinyal lemah yang dipantulkan turbulensi atmosfer, dikumpulkan antena dan ditransfer ke unit penerima. Sinyal yang diterima akan diperkuat, dideteksi dan diubah ke sinyal video dalam unit penerima kemudian sinyal video dikirim ke unit pemroses data. BLR memiliki daya sebesar 1 kW dengan resolusi spasial 100 m dan resolusi temporal 1 menit. Kisaran ketinggian BLR sekitar 1-5 km. BLR menggunakan tiga buah antena parabola dengan diameter masing-masing 2 m. Antena-antena diarahkan ke tiga titik berbeda yaitu satu beam tepat kearah vertikal, dua beam lainnya kearah timur dan utara dengan sudut zenith maksimum 30º. Untuk mendapatkan tiga komponen angin, BLR harus beroperasi dengan menggunakan frekuensi tinggi. Sebagai konsekuensi penggunaan frekuensi tinggi ini, pemantulan volume radar dari turbulensi atmosfer akan lebih kecil bila dibandingkan butir hujan. Akibatnya BLR tidak dapat mengukur pergerakan atmosfer secara langsung pada saat awan hujan atau mendung.

6.  X-band Radar (XDR)

X-band merupakan radar doppler yang dapat mendeteksi awan sampai pada jarak 83 km. X-band beroperasi pada 9.445 GHz dan kekuatan transmisi puncaknya 40 kW dengan resolusi waktu 4 menit dan resolusi spasial 250 m. Pada tanggal 10 April-9 Mei 2004, X-band dipasang pada sebuah volume pengamatan dengan 17 sudut zenith dari 0.7º-40.0º. Untuk melihat aktivitas awan di Kototabng, X-band dipasang dengan jarak 20 km dari arah tenggara EAR dan dapat mengamati awan pada ketinggian lebih dari 14 km.

C. Komponen Radar

Komponen utama radar cuaca:

1. Pemancar (transmitter)

Terdiri atas sebuah tabung osilator bebas (magnetron) yang bekerja dalam implusi antara 0,5 dan 2,0 µs dan menimbulkan daya emisi sebesar 100 kW dan 2,0 MW.

2. Antena

Alat ini adalah bagian yang memancarkan impulsi daya dan menerima echo. Antena yang memusatkan energi radioelektrik yang terletak di dalam sebuah kerucut relatif kecil antara 0,5° dan 3° memberikan gain. Umumnya radar meteorologi menggunakan satu antena unik, untuk memancarkan dan menerima energi dengan menggunakan sebuah komutator otomatik untuk menutup penerima pada waktu transmitter bekerja.

3. Penerima (receiver)

Alat ini mendeteksi dan mengubah signal yang diterima dalam bentuk video. Kita tak dapat mendeteksi echo dimana amplitudonya di bawah kebisingan khusus dari penerima, karenanya kita berusaha mengecilkan kebisingan semaksimal mungkin.

4. Indikator

Alat ini bekerja sebagai osiloskop. Umumnya radar meteorologi menggunakan indikator RHI (Range Height Indicator) dan indikator panoramik PPI (Plan Position Indicator).

Selain tiga komponen di atas, sistem radar juga terdiri dari beberapa komponen pendukunglainnya, yaitu:

1.    Waveguide, berfungsi sebagai penghubung antara antena dan transmitter.

2.    Duplexer, berfungsi sebagai tempat pertukaran atau peralihan antara antena danpenerima atau pemancar sinyal ketika antena digunakan dalam kedua situati tersebut.

3.    Software, merupakan suatu bagian elektronik yang berfungsi mengontrol kerja seluruhperangkatdan antena ketika melakukan tugasnya masing-masing.

 

Gambar 1.  Diagram dasar instalasi radar meteorologi

D. Prinsip Kerja Radar

Prinsip radar, komponen utamanya adalah transmitter, antena dan penerima (receiver). Transmitter membangkitkan pulsa energi pendek pada frekuensi radio dalam spektrum elektromagnetik. Pulsa-pulsa energi ini difokuskan oleh antena ke dalam sinar yang sempit yang menjalar dengan kecepatan cahaya. Jika pulsa-pulsa tersebut menangkap sebuah obyek dengan karakteristik refraktif yang berbeda dengan udara, maka ada arus yang diinduksikan dalam objek yang mengganggu pulsa dan menyebabkan beberapa energi dihamburkan. Sebagian energi ini akan diretrodifusikan ke antena dan jika komponen energi yang diretrodifusikan cukup besar maka energi akan dideteksi oleh antena.

Fungsi utama radar adalah mengukur jarak dan memuat objek (target) yang diretrodifusikan. Jarak diselesaikan dengan putaran waktu yang memperhitungkan waktu antara transmisi (pemancaran) suatu pulsa dan penerimaan sebuah sinyal. Arah target ditentukan dengan mencatat elevasi dan azimut antena pada saat sinyal diterima. Gambar 1 menunjukkan sistem radar non koheren yang tak memperhitungkan fase gelombang radar yang kembali terhadap fase gelombang yang ditransmisikan. Umumnya radar cuaca memakai 1 antena untuk memancarkan dan menerima energi dengan bantuan "komutator" otomatik yang berfungsi menutup penerima pada waktu transmitter bekerja.

Gambar 2.  Mekanisme yang terjadi pada radar cuaca

Hasil pengamatan radar berupa gambar (citra) yang dapat dilihat pada layar monitor radar. Gambar tersebut memiliki makna bila pengamat mampu menerjemahkan informasi yang terkandung di dalamnya dengan interpretasi gambar. Interpretasi adalah kegiatan mendeteksi dan menilai arti penting obyek dari suatu target yang terlihat pada layar monitor radar. Tampilan citra radar perlu diinterpretasi dengan teliti agar menghasilkan informasi yang benar.

Echo yang dihasilkan pada target presipitasi umumnya akan tampak sebagai daerah yang padat (cells), garis atau luasan. Bagian pusat echo biasanya menunjukkan daerah presipitasi yang hebat. Bentuk, ukuran dan kekuatan echo dapat dijadikan petunjuk untuk mendeteksi cuaca yang berbahaya khususnya berkaitan dengan thunderstorms.

Gambar 3. Citra radar cuaca milik luar negeri (Kanada)

Citra radar cuaca menggambarkan potensi intensitas curah hujan yang dideteksi oleh radar cuaca. Pengukuran intensitas curah hujan (presipitasi) oleh radar cuaca berdasarkan seberapa besar pancaran energi radar yang dipantulkan kembali oleh butiran-butiran air di dalam awan dan digambarkan dengan produk Reflectivity yang memiliki besaran satuan dBZ (decibel). Makin besar energi pantul yang diterima radar maka makin besar juga nilai dBZ, dan semakin besar nilai dBZ reflectivity menunjukkan intensitas hujan yang terjadi semakin besar. Jangkauan terjauh/maksimum produk Reflectivity dari radar BMKG adalah sekitar 240 km dari lokasi radar. Skala dBZ pada legenda berkisar 5 - 75 yang dinyatakan dengan gradasi warna biru langit hingga ungu muda. Jika gradasi warna semakin ke arah ungu maka semakin tinggi intensitas hujannya. Kisaran intensitas hujan berdasarkan skala warna dBZ dan mm/jam disajikan seperti dalam tabel berikut:Skala dBZ pada legenda berkisar 5 - 75 yang dinyatakan dengan gradasi warna biru langit hingga ungu muda. Jika gradasi warna semakin ke arah ungu maka semakin tinggi intensitas hujannya. Kisaran intensitas hujan berdasarkan skala warna dBZ dan mm/jam.

E. Manfaat Radar

Manfaat dari adanya radar yaitu:

1.    Untuk mengetahui intensitas curah hujan, mendeteksi kecepatan, dan arah angin;

2.    untuk mendeteksi posisi dan keberadaan pesawat terbang lain;

3.    untuk mencapai sasaran/target penembakan;

4.    untuk mendeteksi kecepatan kendaraan bermotor saat melaju di jalan;

5.    untuk mengatur jalur perjalanan kapal agar setiap kapal dapat berjalan dengan baik dan tidak bertabrakan;

6.    untuk mengatur lalu lalang serta kelancaran lalu lintas udara bagi setiap pesawat terbang yang akan lepas landas (take off), terbang, maupun yang akan mendarat (landing).

Data radar cuaca dapat dimanfaatkan untuk peringatan dini bencana yang disebabkan oleh fenomena meteorologi, karena dapat menentukan lokasi, jenis, pertumbuhan (sedang tumbuh, dewasa atau sudah matang), tinggi, kandungan air, arah gerak dan luasan daerah yang tertutup oleh awan. Dapat juga mendeteksi potensi terjadinya hujan, intensitas hujan dan daerah yang akan dilewati oleh awan dan hujan. Citra radar cuaca akan dapat digunakan sebagai bahan informasi yang benar bagi pelayanan, apabila sang forecaster dapat menginterpretasi/ menerjemahkan arti penting suatu objek pada target secara teliti.