本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
我每週都會看幾次，甚至每天都會看多普勒雷達圖，以便了解出門時是否需要帶傘。這些地圖在電視天氣預報或網站上很常見，以至於它們感覺不像令人印象深刻的技術：只是螢幕上緩慢移動的綠色斑點，解析度比大多數動畫gif還差。它們太平常了，我從未花時間考慮它們是如何工作的，或者它們除了降雨的可能性之外是否還能收集其他資料。
直到上週我父親在我的 Facebook 牆上釋出了這張新澤西州多普勒雷達的圖片。箭頭指示的藍色圓圈不是雨，而是起飛的鳥群。來自費城/芒特霍利國家氣象局
這不是降水，而是大量鳥類起飛開始一天的活動。鳥的數量如此之多，以至於雷達波束被部分反射回來，顯示出下面的訊號。我們每年在日出前後在多普勒雷達上看到這種情況幾次。雷達環路實際上會顯示圓形圖案隨著時間的推移而變大，然後在鳥類向上和向外飛行時消散。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保未來有影響力地報道塑造我們當今世界的發現和想法。
國家氣象局氣象學家邁克爾·戈爾斯透過電子郵件告訴我，這些鳥很可能是燕子和家燕，這是基於前一天在新澤西海岸的報告。“許多觀鳥愛好者利用雷達影像來追蹤遷徙模式，”他寫道。“雷達影像對鳥類和人類的航空安全都有幫助。大多數機場航站樓都使用雷達資料來跟蹤鳥類穿越飛行路徑，以避免碰撞。”
多普勒雷達的工作原理是發出無線電波脈衝，然後在脈衝撞擊路徑中的物體時“監聽”其返回訊號。當脈衝撞擊物體（鳥、昆蟲、雨滴）時，能量會散射，一小部分返回雷達。計算機分析返回能量的強度、時間和方向，以計算物體的大小、距離和方向。美國 155 個 WSR-88D 多普勒雷達站每秒最多執行 1,300 次此操作，所有資訊都可以在網上獲得。
將此用於觀鳥最困難的部分似乎是將正常的降雨訊號與動物的訊號分開。這可以通過了解鳥類的遷徙行為的基本知識來完成。新澤西州奧杜邦海角梅天文臺主任、現已停辦的雷達鳥類學部落格 Woodcreeper 的作者大衛·A·拉普馬在他的部落格的常見問題解答中寫道，候鳥傾向於在夜間飛行。它們在日落時起飛，靠近地面的多普勒雷達站，隨著它們向上飛行，訊號會顯得越來越遠。這在地圖讀數上產生了一個同心圓狀圖案，當動畫顯示時，看起來相當壯觀，就像煙花一樣。
有時，其他飛行動物（如昆蟲）如果數量足夠多，也會產生類似的圖案。但是，正如拉普馬在他的部落格中解釋的那樣，您可以根據飛行行為來區分。鳥類往往比盛行的風飛得更快，而昆蟲、花粉和其他遮蔽物體往往以相同的速度移動。“透過檢查 950 毫巴（約 2500 英尺）的風，您可以確定風速，將其與物體在雷達上移動的速度進行比較，從而排除任何移動速度太慢而不能成為鳥類的物體，”他寫道。
自第二次世界大戰以來，區分雷達上已知模式的鳥類和其他動物一直是一個問題，當時雷達被用來追蹤敵方戰機。那時，它們偶爾會被誤認為是戰鬥機，但更頻繁的是被誤認為是艦艇。“鳥類的地面速度經常與快速行駛的艦艇相似，並且在遠距離，從雷達波束中完全飛行的鳥類的回波強度可以等於來自垂直極座標圖最低最大值的艦艇的回波強度，”鳥類學家 大衛·拉克和昆蟲學家 G.C.瓦利在 1945 年給《自然》雜誌的一封信中寫道。“鳥類引起了幾次 E 艇恐慌和至少一次入侵警報。”它們引起了足夠的不必要的軍事恐慌，以至於一些雷達操作員接受了專門的培訓，以區分它們與戰機。
拉克和瓦利報告說，他們能夠透過兩種方法確認雷達讀數是鳥類。首先，海岸和防空實驗機構的 J.A. 拉姆齊少校從一個氣象氣球上懸掛了一隻鯡鷗（可能是一隻死鷗，相當病態），然後觀察雷達訊號。他能夠區分氣球和鳥，這表明鳥足夠大，可以被雷達捕捉到。其次，灰雁透過它們的叫聲被識別出來，然後從一個雷達站跟蹤到下一個雷達站。“這個記錄構成了迄今為止任何飛行鳥類最長的定時追蹤記錄，”拉克和瓦利寫道。
此後，雷達鳥類學被用於研究鳥類飛行的模式，以達到保護的目的，但很少有地面上的細心人士幫助確認鳥類物種和數量。1985 年，克萊姆森大學雷達鳥類學實驗室主任、該技術的先驅西德尼·高特羅建造了一個移動雷達實驗室，該實驗室與雙筒望遠鏡觀察相結合，使他能夠研究鳥類如何與電力線相互作用（PDF）。現在，他正在使用它來追蹤德克薩斯州的候鳥群，以發現重要的保護區。
然而，雷達航空生態學不僅限於鳥類。它可以用來計算和追蹤蝙蝠，以瞭解種群是在繁榮還是在下降。它也可以對昆蟲執行相同的操作，例如當上周聖路易斯國家氣象局捕捉到一大群遷徙的帝王蝶時。現在，雷達影像很容易在網上獲得，敬業的觀鳥者可以利用它們在春季和秋季追蹤候鳥，以選擇最佳的早晨醒來，用雙筒望遠鏡觀察。
對於我們其餘的普通觀察者來說，我們可以欣賞雷達上鳥類產生的精美影像。這張動畫地圖在晚上 8 點左右（0:13）綻放，當時鳥群在美國各地起飛進行夜間飛行。
我不知道你怎麼想，但我再也不會以同樣的方式看待天氣雷達了。
動畫地圖由特拉華州威明頓國家氣象局的邁克爾·庫爾茨製作