Wind Profiler

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Lautsprecher

Der Wind Profiler ist ein meteorologisches Messsystem. Mit dem Instrument ist man in der Lage, kostengünstig und in hoher zeitlicher Auflösung den Höhenwind zwischen 500 m und 16 km und die virtuelle Temperatur bis 4 km zu bestimmen. Es arbeitet hauptsächlich wie ein vertikal ausgerichtetes Radargerät.

Geschichte der Wind Profiler[Bearbeiten]

Wind Profiler (Deutschland)
Bayreuth
Bayreuth
Lindenberg
Lindenberg
Ziegendorf
Ziegendorf
Nordholz
Nordholz
Windprofiler in Deutschland

Messprinzip[Bearbeiten]

Eine gepulste elektromagnetische Welle wird über eine phasengesteuerten Gruppenantenne (engl: Phased-Array-Antenne) in die Troposphäre abgestrahlt. Zur Windmessung mit dem DBS-Verfahren (engl. Doppler beam swinging) werden dabei mindestens drei verschiedene Strahlrichtungen verwendet. Die elektromagnetischen Wellen werden durch Inhomogenitäten des Brechungsindex gestreut. Aus der Phasenänderung der zurückgestreuten Welle kann die Dopplerverschiebung und damit die radiale Windgeschwindigkeit ermittelt werden.

Die Temperatur wird nach dem Prinzip des 'radio acoustic soundig system' gemessen. Dazu strahlen vier große Lautsprecher mit rund 135 dBa Schallwellen in die Atmosphäre. Das dabei entstehende Muster von Dichte-Fluktuationen wird von der Radar-Welle abgetastet, wobei die Schallgeschwindigkeit als Funktion der gemessenen Wellenlänge einer bekannten Frequenz bestimmt wird. Über die Laplacesche Beziehung wird daraus die Temperatur abgeleitet. Die Reichweite von bis zu 4 km ist bedingt durch die begrenzte Reichweite des akustischen Signals.

genutzte Frequenzen[Bearbeiten]

Für die Bestimmung von Windgeschwindigkeiten kann jede mögliche Radarfrequenz genutzt werden. Je höher die Sendefrequenz, desto größer auch die Dopplerfrequenz bei gleicher Windgeschwindigkeit, weswegen höhere Frequenzen eine bessere Messgenauigkeit bieten. Es ist bei der Wahl von der Sendefrequenz jedoch ein Kompromiss zu schließen. Tiefere Frequenzen können dichtere Wolkendecken durchdringen, haben aber eine schlechtere Genauigkeit. Höhere Frequenzen erzielen genauere Ergebnisse, werden innerhalb von Wolken jedoch sehr stark bedämpft und haben deswegen keine große Reichweite.

Um vom Boden aus zu messen, werden meist niedrigere Frequenzen im HF-Band bis zum UHF-Band verwendet. Frequenzen um 50 MHz können selbst dichte Gewitterwolken durchdringen. Bei satellitengestützten Radargeräten müssen durch die meist sehr große Höhe der Umlaufbahn über der Erdoberfläche oder der Wolkendecke Einschränkungen in der Genauigkeit durch die Divergenz der elektromagnetischen Wellen hingenommen werden. Das kann durch die Wahl von extrem hohen Sendefrequenzen und daraus folgender höherer Richtwirkung bei kleineren geometrischen Abmessungen der Antennen kompensiert werden. Die höhere Dämpfung durch die Atmosphäre ist bei Messungen aus dem All nur auf einem sehr kurzen Stück des Ausbreitungsweges wirksam.

In Deutschland zugelassene Frequenzen für (meist bodenständige) Windprofil-Radargeräte sind:[1]

  • 46 MHz bis 68 MHz (HF-Band)
  • 470 MHz bis 790 MHz (UHF-Band)
  • 1260 MHz bis 1300 MHz (L-Band)

Von Satelliten aus werden zusätzlich folgende Frequenzbänder für die Erkundung von Wettererscheinungen genutzt:[1]

  • 5250 MHz bis 5255 MHz (C-Band)
  • 9300 MHz bis 9900 MHz (X-Band)
  • 13,25 GHz bis 13,75 GHz (Ku-Band)
  • 24,05 GHz bis 24,25 GHz (K-Band)
  • 35,5 GHz bis 36 GHz (Ka-Band)
  • 94 GHz bis 94,1 GHz (W-Band)
  • 130 GHz bis 134 GHz (F-Band)
  • 237,9 GHz bis 238 GHz (J-Band)

Nutzen von Wind Profilern[Bearbeiten]

Wind Profiler können in hoher zeitlicher Auflösung (typischerweise alle 30 min) die Atmosphäre sondieren. Damit sind sie kostengünstiger und aktueller als Sondierungen mit Ballonen. Die Daten können direkt in die Wettervorhersagemodelle eingepasst werden und dienen daher einer genaueren Wettervorhersage. Sie arbeiten vollautomatisch und können damit auch mit wenig Personal betrieben werden

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b Frequenznutzungsplan der Bundesnetzagentur für Deutschland