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Wetterradar / Radar

RADAR ist eine Abkürzung für "Radio Detecting an Ranging", was übersetzt soviel bedeutet wie "Funkermittlung und Entfernungsmessung".

In der Meteorologie werden Radarmessgeräte zur Fernerkundung meteorologisch interessanter Strukturen in der Atmosphäre eingesetzt. Ein wesentliches Ziel ist zum Beispiel die räumliche Erfassung von Niederschlagsgebieten, aber auch Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen und somit auch Turbulenzen können mit speziellen Windradars erfasst werden.

(Wetter-)Radargeräte arbeiten mit elektromagnetischen Wellen, die von einer Antenne (meist eine Parabolantenne) in Form kurzer Impulse in stark gebündelter und gerichteter Form ausgesandt werden. Je nachdem, welche meteorologische Struktur erfasst werden soll, liegt die Wellenlänge der ausgesandten Strahlung zwischen 1 und 10 Zentimetern.

Sobald die ausgesandten Wellenimpulse auf entfernte Hindernisse treffen, werden sie von diesen gestreut (Rayleigh-Streuung) und damit zumindest teilweise und mehr oder minder stark zur aussendenden Antenne reflektiert. Der Empfang erfolgt dabei während der kurzen Zeitintervallen zwischen den einzelnen ausgesendeten Wellenimpulsen.

Die empfangenen Signale sind in der Regel sehr schwach. Sie müssen daher zunächst geeignet verstärkt werden, bevor sie auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden können. Die Richtung des Hindernisses, welches eine ausgesendete Welle zur Antenne zurückreflektiert hat, ergibt sich einfach aus der Ausrichtung der Antenne. Die Entfernung hingegen lässt sich aus der Laufzeit der Wellen bis zum Wiederauftreffen auf der Antenne ermitteln.

Zur Ortung von Niederschlagsgebieten eignen sich besonders Wellenlängen zwischen 5 und 6 Zentimeter, denn hierauf sprechen Regentropfen besonders gut an. Allgemein kann man sagen, dass im Wellenlängenbereich zwischen 3 und 7 Zentimetern vor allem Niederschlagsteilchen auf die Radarwellenimpulse ansprechen, die sehr feinen Wolkentröpfchen hingegen fast überhaupt nicht.

Je nach Größe und Dichteverteilung der Niederschlagsteilchen ergibt sich ein bestimmtes Muster auf der Radarbildschirm, das sogenannte Radar- oder Niederschlagsecho. Je intensiver die Niederschläge, desto stärker bzw klarer ist das Niederschlagsecho.

Physikalisch ergibt sich die Intensität des Niederschlags aus der Radargleichung:

i = I * const * (eps - 1)2*N*a6 / (eps + 2)2 * lambda4
mit
  • eps: Dielektrizitätskonstante von Wasser (bzw Eis)
  • N: Anzahl der Tropfen oder Eiskristalle pro Volumeneinheit
  • lambda: Wellenlänge der ausgesendeten Radarstrahlung
  • a: Tropfenradius
  • I: Intensität der Radarstrahlung am Senderausgang
Aus der obigen Gleichung lassen sich folgende Aussagen ableiten:
  1. Wegen der Proportionalität zu a6 ergibt sich eine extreme Abhängigkeit der Intensität des Niederschlagsechos von der Tropfengröße
  2. Da die Dielektrizitätskonstante für Wasser etwa fünfmal größer ist als jene für Eis, erzeugen Wassertröpfchen wesentlich stärkere Radarechos als Eiskristalle
  3. Schmelzende Eiskristalle ergebene ebenfalls ein starkes Echo, weil die schmelzenden Eiskristalle während des Schmelzvorgangs mit einer dünnen Wasserhaut umgeben sind, wodurch sie von Radargerät sozusagen als recht große Tropfen interpretiert werden.

Als spezielles Radargerät nutzt das Dopplerradar die Frequenzverschiebung des zunächst vom Gerät ausgesandten und dann zurückgestreuten Signals bei einem radial bewegtem Ziel. Ein Dopplerradar liefert hervorragende Daten, wenn es um die Untersuchung von Konvektionszellen geht, deren räumliche Struktur ansonsten nur sehr schwer erfassbar ist. Dopplerradars werden daher zum Beispiel eingesetzt, um Rotationsbewegungen in Superzellen zu identifizieren, die als wichtige Vorstufe der Bildung von Tornados anzusehen sind.


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