מכ"ם מזג האוויר
היסטוריה

במהלך מלחמת העולם השנייה מפעילי מכ"מים צבאיים הבחינו בהד חוזר כתוצאה מגשם, משלג ומשלג מעורב בגשם. לאחר המלחמה, בחיים האזרחיים, או במסגרת הקריירה הצבאית, החלו חוקרים לעבוד ולחקור הדים אלה. דייוויד אטלס, חוקר אמריקאי, שעבד תחילה בחיל האוויר ולאחר מכן ב-MIT, פיתח את מכ"מי הגשם המבצעיים הראשונים. החוקרים הקנדיים ג'.ס מרשל ור.ה. דוגלאס ייסדו את קבוצת "Stormy Weather" במונטריאול. מרשל והדוקטורנט שלו, וולטר פלמר, מוכרים היטב בעקבות מחקרם על פיזור גודלי הטיפה בענן (drop size distribution), בגשם בגובה בינוני (mid-latitude rain) שתרם רבות להבנת יחסי ה-Z-R, כלומר הקשר בין ההחזרות למכ"ם (Z) ובין רמת הגשם (R). בממלכה המאוחדת, המחקר המשיך לעסוק בתבניות הדי המכ"ם ובמאפייני מזג האוויר, כגון גשם מענני שכבה ומענני ערימה. כמו כן, נערכו מחקרים כדי להעריך את אורכי הגל 1–10 ס"מ.
בשנת 1953 מהנדס האלקטרוניקה דונלד סטגס, שעבד על סקר מים עבור מדינת אילינוי, הקליט לראשונה הד מכ"ם של "הד קרס" (hook echo) הקשור בסופות טורנדו. בין 1950 ובין 1980, מכ"מי החזרה (reflectivity radars), המודדים מיקום ועוצמת משקעים, אוגדו על ידי שירותים מטאורולוגיים ברחבי העולם. בשנות ה-70 החלו המכ"מים לעבור תהליכי תקינה, אורגנו ברשתות, ופותחו המכשירים הראשונים ליצירת תמונות מכ"ם. מספר הזוויות שנסרקו הוגדל ליצירת תמונה תלת־ממדית של המשקעים, וכך התאפשרו חתכי רוחב (CAPPI - Constant altitude plan position indicator) וחתכים אנכיים. התפתחות המכ"ם קידמה רבות מחקרים על מבנה סופות רעמים; בפרט עבור מיזם הברד של אלברטה (Alberta Hail Project) בקנדה שחקר את הפיזיקה והדינמיקה של סופות ברד, וכן עבור המעבדה הלאומית לחקר סופות חמורות בארצות הברית (National Severe Storms Laboratory - NSSL).
ה-NSSL, שנוסד בשנת 1964, החל בניסויים בתחום סיגנל קיטוב דואלי ובשימושים באפקט דופלר. במאי 1973 החריב טורנדו עיירה בשם יוניון סיטי, הסמוכה לאוקלהומה סיטי שבארצות הברית. בפעם הראשונה, מכ"ם דופלר לאורך גל של 10 ס"מ תיעד מחזור חיים שלם של טורנדו. החוקרים הבחינו בתנועה סיבובית בגובה הענן לפני שהטורנדו נגע בקרקע - חתימת מערבולת-טורנדו (tornadic vortex signature). המחקר של NSSL סייע לשכנע את שירות מזג האוויר הלאומי של ממשלת ארצות הברית שמכ"ם דופלר הוא כלי חיזוי חיוני. ייתכן שמתקפת הטורנדו הגדולה ב-3–4 באפריל 1974 וזריעת ההרס בעקבותיה סייעה להשיג משאבים לפיתוחים מאוחרים יותר.
בין 1980 לבין 2000, הפכו רשתות מכ"מי מזג האוויר לנורמה בצפון אמריקה, באירופה, ביפן, בישראל ובמדינות מפותחות אחרות. מכ"מים קונבנציונליים הוחלפו במכ"מי דופלר, שמלבד מיקום ועוצמה, נותנים מידע גם לגבי מהירות החלקיקים באוויר. בארצות הברית, ב-1988 החלה לפעול, בתיאום עם מחקר ה-NSSL, רשת המכ"מים המורכבת ממכ"מים באורך גל של 10 ס"מ. רשת זו נקראת NEXRAD או WSR-88D - Weather Service Radar 1988 Doppler.
ב-1985 ייסדה מחלקת הסביבה הקנדית את תחנת קינג סיטי, ובה מכ"ם דופלר למטרות מחקר בעל אורך גל של 5 ס"מ. אוניברסיטת מקגיל דפלרה את המכ"ם שלה (J. S. Marshall Radar Observatory) ב-1993. בין 1998 ו-2004 נוסדה רשת מכ"מי דופלר מלאה בקנדה. צרפת ומדינות אירופיות נוספות שדרגו את מכ"מיהן לרשתות דופלר בתחילת המאה ה-21. עם השינויים המהירים בטכנולוגיית המחשוב פותחו אלגוריתמים לזיהוי של מזג אוויר חמור, וכן יישומים נוספים בתחום התקשורת והמחקר.
משנת 2000 מחקר בנושא טכנולוגיית קיטוב הוביל לשימוש מעשי, והרחיב את המידע על סוג המשקעים (למשל גשם מול שלג). קיטוב דואלי משמעו, פליטת גלי מיקרו שמקוטבים רוחבית ואנכית (ביחס לקרקע). בארצות הברית, בצרפת ובקנדה צפויה פריסה נרחבת של הטכנולוגיה עד סוף העשור. בפברואר 2013 נזקפה לזכות מכ"ם-הדופלר-מזג האוויר עם קיטוב דואלי, הצלת חיי אדם רבים בזמן שטורנדו לילי הכה בדרום מיסיסיפי.
מאז 2003, מנהל האוקיינוסים והאטמוספירה הלאומי האמריקאי עורך ניסוי במכ"מי מערך מופע כחלופה לאנטנות הפרבוליות הקונבנציונליות, כדי להיטיב את רזולוציית הזמן בהערכת האטמוספירה. התפתחות זו יכולה לסייע מאוד בזיהוי סופות חריפות, שכן את התפתחות הסופות ניתן לאמוד טוב יותר עם כמות גדולה יותר של מידע מתוזמן.
באותה השנה, קרן המדע הלאומית של ארצות הברית הקימה מרכז מחקר הנדסי לשיתוף פעולה בחישת האטמוספירה Engineering Research Center for Collaborative Adaptive Sensing of the) Atmosphere - CASA) - שיתוף פעולה רב תחומי, הכולל אוניברסיטאות רבות, של מהנדסים, אנשי מדעי המחשב, מטאורולוגים וסוציולוגים. המרכז נועד להוביל מחקר יסודי, לפתח טכנולוגיה מעשית, ולפרוס אבות-טיפוס של מערכות הנדסיות, כדי להרחיב את מערכות המכ"ם הקיימות. זאת על ידי דגימת את הטרופוספירה התחתונה, אשר לרוב אינה נדגמת, באמצעות מכ"מי מערך מופע לא יקרים, מהירי סריקה, עם יכולת קיטוב דואלי, ובעלי יכולת סריקה מכנית.