Niederschlagsradar

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Niederschlagsradar des DWD in Emden, das Radar befindet sich in dem kugelförmigen Radom auf der Spitze des Turms

Ein Niederschlagsradar (auch Regenradar genannt) ist die am häufigsten verwendete Form eines Wetterradars. Mithilfe des Niederschlagsradars kann in einem begrenzten Umkreis der Wassergehalt einer Wolke gemessen werden, welcher wiederum Rückschlüsse auf eventuellen Niederschlag (Regen, Hagel oder Schnee) zulässt. Durch Auswertung von Dopplerfrequenzen können zugleich Windgeschwindigkeiten ermittelt werden. In der Meteorologie werden Niederschlagsradare genutzt, um aktuelle Daten für eine Wetterwarnung oder eine Wettervorhersage zu sammeln. In der Luftfahrt wird das Niederschlagsradar hauptsächlich genutzt, um Flüge durch Gewittergebiete zu vermeiden und die zu erwartenden Turbulenzen einschätzen zu können.

Funktionsweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein Niederschlagsradar basiert auf dem Primärradarprinzip. Das Niederschlagsradar sendet Mikrowellen aus und empfängt den Teil dieser Wellen, der auf seinem Weg durch die Atmosphäre reflektiert wird. Operative, bodengebundene Niederschlagsradare in Europa arbeiten meistens im C-Band, d. h. mit Frequenzen um die 5,6 GHz (ca. 5,4 cm Wellenlänge).

Je mehr Wassertropfen, Schneekristalle oder Eiskörner die Atmosphäre pro Volumen enthält, desto mehr wird vom Mikrowellensignal durch sie zurückgeworfen. Aus dem Zeitunterschied zwischen Senden des Radarsignals und dem Empfang der Reflexion dessen kann auf den Abstand der Niederschlagspartikel von der Radaranlage geschlossen werden. Aus der Intensität der empfangenen Echosignale können beschränkt Rückschlüsse auf Größe und Aggregatzustand getroffen werden. Damit erhält man ein Bild über Abstand und Niederschlagsgehalt der Wolke.

Bei dem Messvorgang selbst kommt es zu einigen physikalisch bedingten Problemen:

  • Abnahme der Energiedichte über die Distanz: Die elektromagnetischen Wellen breiten sich divergent aus, sie verlieren dadurch gemäß dem Abstandsgesetz bei zunehmender Distanz an Energiedichte und das rückgestreute Signal wird schwächer. Diese Abschwächung wird Freiraumdämpfung genannt. Beim Niederschlagsradar ist diese Abnahme nach der Radargleichung für Volumenziele proportional dem Quadrat der Entfernung. Abhilfe ist die Nachsteuerung der Empfangsempfindlichkeit abhängig von der Entfernung, d. h. nach Abschicken des Sendeimpulses wählt man die Empfangsempfindlichkeit zunächst niedrig und steigert sie mit zunehmender Zeit nach dem Impuls. Diese zeitabhängige Verstärkungsregelung wird sensitivity time control genannt.
  • Die Stärke des Echosignals hängt sowohl von Größe und Anzahl reflektierender Objekte als auch von deren Aggregatzustand ab (feuchter Schnee reflektiert besser als Regentropfen oder gar Hagel und Graupel). Welcher dieser Einflüsse überwiegt und die Stärke des Echosignals bestimmt, kann nicht so einfach durch das Radar ermittelt werden.
  • Radarschatten: Durch eine große Ansammlung an Wasser in Wolken wird so viel ankommende Sendeenergie reflektiert, dass die restliche noch durch die Wolke dringende Energie nun nicht mehr ausreicht, um ein Echo auf dem Radarschirm zu erzeugen – ein sogenannter Radarschatten entsteht. Abhilfe: Betrieb mehrerer im Land verteilter Niederschlagsradare, deren Erfassungsbereiche sich überlappen.
  • englisch Ground Clutter oder Bodenclutter sind Reflexionen an Bodenerhebungen und hauptsächlich in Luftraumaufklärungsradar ein Problem. An festen Bodenstationen können Ground Clutter durch gezielte Manipulation der Empfindlichkeit ausgelöscht werden. Die Größe dieser Störungen werden statistisch in einer elektronischen Clutter-Map registriert und
    Störungen durch 5 GHz WLAN im Regenradar
    von den Niederschlagsechos subtrahiert. In der Luftfahrt wird versucht, durch ein Doppler-Verfahren (Moving Target Indication) die Anzeige von Bodenerhebungen auszublenden.
  • Interpretationsproblem beim Einsatz in der Luftfahrt: Die gemessene Rückstreuung der Wolken lässt nicht unbedingt Rückschlüsse auf die Stärke der damit verbundenen Turbulenzen oder die Art des Niederschlages zu. Abhilfe können auch hier Doppler-Verfahren und das Verwenden verschiedener Sendefrequenzen sein.

Im gleichen Frequenzband wie das Niederschlagsradar arbeiten auch die 5 GHz WLAN-Stationen als Sekundärnutzer. Um Störungen zu vermeiden, müssen diese eine automatische Kanalwahl- und Sendeleistungskontrolle verwenden.[1] Dies wird aber nicht überall konsequent umgesetzt.

Niederschlagsradarstationen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Niederschlagsradar (D-A-CH)
Prötzel
Dresden-Klotzsche
Emden-Knock
Essen-Schuir
Feldberg
Diemelsee-Flechtdorf
Dreieich-Offenthal
Memmingen
Schnaupping
Boostedt
Hannover
Neuhaus am Rennweg
Neuheilenbach
Rostock
Eisberg
Geislingen-Türkheim
Ummendorf (Börde)
La Dôle
Albis
Plaine Morte
Weissflue
Monte Lema
Schwechat
Feldkirchen
Zirbitzkogel
Patscherkofel
Valluga
Niederschlagsradar in Deutschland, Österreich und der Schweiz

Deutschland[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Deutschland betreibt der Deutsche Wetterdienst einen Radarverbund[2] mit 17 Niederschlagsradarstationen. Bis 2005 waren das überwiegend Radargeräte vom Typ Meteor 360 der Firma Gematronik (Neuss).[3] Diese wurden alle ersetzt durch polarimetrische Radarsysteme der Firma Enterprise Electronics Corporation (USA) mit der Typenbezeichnung „DWSR/5001/SDP/CE“.[4] Diese arbeiten in der Drehung zeitsynchron um zu verhindern, dass sich zwei Antennen gegenseitig anstrahlen und so einen Störsektor auf dem Bildschirm erzeugen.

Radarstandorte[5] Typ[6] Turmhöhe[7] Bauart
Boostedt DWSR 5001 30 Stahl-Gittermast-Turm
Dresden-Klotzsche DWSR 5001 38 Beton und Stahlturm
Eisberg DWSR 5001 26 Stahl-Gittermast-Turm
Emden-Knock DWSR 5001 56 Betonturm
Essen-Schuir DWSR 5001 30 Betonturm
Feldberg (Schwarzwald) DWSR 5001 21 Betonturm
Flechtdorf DWSR 5001 73 Stahl-Gittermast-Turm
Hannover DWSR 5001 44 Betonturm
Memmingen DWSR 5001 55 Betonturm
Neuhaus a. R. DWSR 5001 30 Betonturm
Neuheilenbach DWSR 5001 32 Stahl-Gittermast-Turm
Dreieich-Offenthal DWSR 5001 45 Betonturm
Prötzel DWSR 5001 51 Betonturm
Rostock DWSR 5001 34 Betonturm
Schnaupping (Isen) DWSR 5001 45 Betonturm
Türkheim (Geislingen) DWSR 5001 32 Stahl-Gittermast-Turm
Ummendorf DWSR 5001 21 Stahl-Gittermast-Turm

Österreich[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Verantwortlich für den Betrieb der Radaranlagen in Österreich ist die Austro Control. Der erste operationelle Betrieb eines Niederschlagsradars startete im Jahr 1965 in Rauchenwarth beim Flughafen Wien-Schwechat. Seit 2011 werden polarimetrische Radargeräte eingesetzt. Das Niederschlagsradarnetzwerk in Österreich umfasst 5 Standorte (Rauchenwarth, Feldkirchen, Zirbitzkogel, Patscherkofel, Valluga) und ermöglicht damit eine vollständige Abdeckung des Staatsgebietes. Seit 2001 beträgt die räumliche Auflösung 1 × 1 × 1 Kilometer, die zeitliche Auflösung 5 Minuten.[8]

Schweiz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

MeteoSchweiz betreibt fünf Wetterradarstationen auf der Dôle, auf dem Albis, auf dem Monte Lema, auf der Pointe de la Plaine Morte (seit Winter 2013/2014) und seit Ende 2016 auch auf dem Weissfluhgipfel.[9]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Commons: Doppler-Radar – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Andere Länder mit Doppler-Radar:

Quellen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. TU Dresden, Netzwerktechnonlogien-Funknetzwerke (S.3) Abgerufen am 24. Juli 2016
  2. Feldberg (Berg im Schwarzwald)#Wettermessung
  3. Abschlussbericht RADVOR-OP (Teil I) (PDF-Datei; 11,1 MB), abgerufen am 30. Oktober 2021.
  4. Homepage des DWD. Abgerufen am 30. Oktober 2021.
  5. Deutscher Wetterdienst: Messinstrumente der Meteorologie: Wetterradar in Deutschland (PDF-Datei; 710 kB), abgerufen am 5. November 2018.
  6. C. Wolff: DWSR 5001C. In: Radartutorial. Abgerufen am 30. Oktober 2021.
  7. in Meter über Grund
  8. Canli E., Loigge B., Glade T. (2017): Spatially distributed rainfall information and its potential for regional landslide early warning systems. In: Natural Hazards. doi:10.1007/s11069-017-2953-9
  9. Mehr über die Schweizer Wetterradar Standorte (Memento des Originals vom 13. Dezember 2014 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.meteoschweiz.admin.ch, abgerufen am 6. Dezember 2014