[ Weather Radar ] : Reflectivity

Seperti telah diketahui bahwa radar memandang atmosfir sebagai segmen-segmen sample-volume (pulse volume, pixel) yang panjangnya tergantung pada nilai pulse-width yang sedang digunakan, dan luas irisan segmen tersebut (dimana luas irisan segment tergantung pada beamwidth dan  jarak segmen tersebut ke radar). Lihat gambar berikut. 

Apabila dalam sample-volume tersebut terdapat hidrometeor (butir air, keping es dan salju), saat pulsa dari radar membentur hidrometeor, sebagian akan dipantulkan kembali ( backscattered ) menuju radar. Besar kecilnya pantulan (echo, backscattered) tadi, sebanding dengan banyaknya hidrometeor pemantul. Semakin kuat echo menandakan semakin banyak hidrometeor di dalam sample-volume tadi. Reflektifitas adalah ukuran besar kecilnya sinyal yang dipantulkan target. Berdasarkan level daya pantulan tersebut, radar secara empiris mengetahui ukuran hidrometeor sasarannya.


Reflektifitas diberi simbol Z, yang besar-kecilnya ditentukan diameter hidrometeor yang terdapat dalam sample-volume. Nilai reflektifitas secara empirik (statistikal) sebesar jumlah diameter partikel pangkat enam per satuan volume. (Lihat gambar berikut).

Mengingat range nilai ( nilai terbawah hingga nilai teratas ) sangat besar maka reflektifitas Z umumnya dinyatakan dalam skala decibel dengan reflektifitas referensi 1  mm⁶ / m³ .

Ilustrasi 1 :
Dalam volume sebesar 1 m³, terdapat :

• 729 butir air dengan diameter 1 mm
• 1 butir air dengan diameter 3 mm. 

Berapakah kontribusi reflektifitas masingm² ukuran tersebut dan berapa reflektifitas totalnya.

Diameter         Jumlah           Reflektifitas
1 mm                  729               Z(1mm) total  = [ 729 x ( 1 mm)⁶ ] / ( 1 m³ ) = 729 mm⁶ / m³
3 mm                    1                 Z(3mm) total  = [    1  x ( 3 mm)⁶ ] / ( 1 m³ ) = 729 mm⁶ / m³

Reflektifitas total = 1458  mm⁶ / m³ = 10 log (1458) = +31.6 dBZ.

Perhatikanlah  :
Total volume dari butiran 1 mm = 729 x ( pi / 6 ) x (1 mm)³ = 381.7 mm³
Total volume dari butiran 3 mm =    1  x ( pi / 6 ) x (3 mm)³ =  14.1 mm³

Terlihat bahwa, meskipun butiran air berdiameter 3 mm jumlahnya hanya 1 dan hanya bervolume total sebesar 14.1 mm³, tetapi akan menghasilkan reflektifitas yang sama besar dengan 729 butir air berdiameter 1 mm dengan volume totalnya sebesar 381.7 mm³ .

Dari formula reflektifitas di atas dan ilustrasi ini dapat diambil kesimpulan bahwa nilai reflektifitas Z tidak secara langsung dan linier menggambarkan volume kandungan air dalam sebuah sample volume. Korelasi reflektifitas dan volume air akan dibahas dalam artikel  persamaan empirik Marshall - Palmer.


Ilustrasi 2 :

Berapakah reflektifitas pada suatu sample-volume yang bervolume 1000 cu.m, dan berisi butiran air dengan pelbagai ukuran sebagai berikut :

  Diameter, D       Jumlah, N_i        D⁶                 N_i * D⁶  

    1 mm                  1000                     1                 1000

    2 mm                  2000                   64             128000

    3 mm                  5000                 729           3645000

    4 mm                  3000               4096         12288000

    5 mm                  1000             15625         15625000

                                                     Total Z  = 31687000  mm⁶

Nila Z per meter-kubik 

          = 31687000 [mm⁶] / 1000 [ m³]

          = 31687 mm⁶ / m³

          = 10 log (31687)

          = +45 dBZ

Perlu diingat kembali bahwa : 

Radar tidak mengetahui secara langsung jumlah dan diameter butiran air dalam satu sample-volume. Radar hanya mengetahui besar kecilnya daya yang dipantulkan butiran-butiran air (dan hidrometeor lainnya).

// end of article

---