Wind Profiler

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Lautsprecher

Ein Wind Profiler ist ein meteorologisches Messsystem, das hauptsächlich wie ein vertikal ausgerichtetes Radargerät arbeitet. Mit ihm lassen sich der Höhenwind in 0,5 bis 16 km Höhe und die Temperatur bis in 4 km Höhe in hoher zeitlicher Auflösung bestimmen, typischerweise alle 30 min; damit sind sie aktueller als Sondierungen der Atmosphäre mit Ballonen. Die Daten können direkt in die Wettermodelle eingepasst werden und dienen einer genauen Wettervorhersage. Wind Profiler arbeiten vollautomatisch und können daher auch mit wenig Personal betrieben werden; das machst sie zusätzlich kostengünstiger als Ballonsondierungen.

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

Messprinzip[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Windgeschwindigkeit[Bearbeiten | Quelltext 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 Brechungsindexes gestreut. Aus der Phasenänderung der zurückgestreuten Welle kann die Dopplerverschiebung und damit die radiale Windgeschwindigkeit ermittelt werden.

Temperatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Temperatur wird nach dem Prinzip des radio-acoustic sounding 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 dann aus der Schallgeschwindigkeit die Temperatur abgeleitet. Die Reichweite der Temperaturmessung ist auf 4 km begrenzt durch die Reichweite des akustischen Signals.

Genutzte Frequenzen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für die Bestimmung von Windgeschwindigkeiten kann jede Radarfrequenz als Sendefrequenz genutzt werden. Es ist ein Kompromiss zu schließen:

  • je höher die Sendefrequenz, desto größer auch die Dopplerfrequenz bei gleicher Windgeschwindigkeit, weswegen höhere Frequenzen eine bessere Messgenauigkeit bieten; allerdings werden sie innerhalb von Wolken sehr stark bedämpft und haben deswegen keine große Reichweite.
  • tiefere Frequenzen können dichtere Wolkendecken durchdringen, haben aber eine schlechtere Genauigkeit.

bodengestützt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um vom Boden aus zu messen, werden meist niedrigere Frequenzen im HF- bis UHF-Band verwendet; Frequenzen um 50 MHz können nämlich selbst dichte Gewitterwolken durchdringen. In Deutschland zugelassene Frequenzen für (meist bodenständige) Windprofil-Radargeräte sind:[1]

min. Frequenz max. Frequenz im Frequenzband
46 MHz 68 MHz HF
470 MHz 790 MHz UHF
1.260 MHz 1.300 MHz L

satellitengestützt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei satellitengestützten Radargeräten (Abstrahlung nach unten) 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 kompensiert werden durch die Wahl extrem hoher Sendefrequenzen und daraus folgender höherer Richtwirkung bei kleineren geometrischen Abmessungen der Antennen; die höhere Dämpfung durch die Atmosphäre ist bei Messungen aus dem All nur auf einem sehr kurzen Stück des Ausbreitungsweges wirksam. Von Satelliten aus werden zusätzlich folgende Frequenzbänder für die Erkundung von Wettererscheinungen genutzt:[1]

min. Frequenz max. Frequenz im Frequenzband
5,250 GHz 5,255 GHz C
9,300 GHz 9,900 GHz X
13,25 GHz 13,75 GHz Ku
24,05 GHz 24,25 GHz K
35,5 GHz 36,0 GHz Ka
94,0 GHz 94,1 GHz W
130,0 GHz 134,0 GHz F
237,9 GHz 238,0 GHz J

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b Frequenznutzungsplan der Bundesnetzagentur für Deutschland