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Wetterradar erklärt

Wir alle nutzen Radar, um unsere Aktivitäten im Freien zu planen. Sollten wir einen Regenschirm mitnehmen? Ist ein schweres Gewitter im Anmarsch? Oder werden wir den Rest des Tages trocken bleiben? Radar hilft uns zwar bei der Wettervorhersage, aber nur wenige wissen genau, wie es funktioniert. Die Entwicklung des Radars ist interessant, und es ist erstaunlich, wie ein so wichtiges Instrument zu seinen Anfängen kam.

RADAR steht für RAdio Detection And Ranging und wurde im Laufe der Zeit langsam entwickelt, beginnend in den späten 1800er Jahren. Zu Beginn des Zweiten Weltkriegs setzten es viele Länder ein, um feindliche Schiffe und Flugzeuge aufzuspüren. Als die Radarbediener entdeckten, dass Niederschlag „falsche“ Echos auf ihrem Bildschirm verursachte (wodurch potenzielle feindliche Ziele verdeckt wurden), erkannten sie das neu entdeckte Potenzial des Radars. Bald nach dem Krieg wurden überschüssige Radargeräte als Niederschlagsdetektoren eingesetzt. Seit dieser Zeit hat sich das moderne Wetterradar stark weiterentwickelt und verbessert, indem es bessere Datengewinnungsmethoden und eine höhere Datenauflösung bietet. Die meisten modernen Wetterradargeräte sind heute Impuls-Doppler-Radargeräte und können neben der Intensität des Niederschlags auch die Bewegung der Regentropfen erfassen. Spezialisierte Software nutzt heute Radardaten, um kurzfristige Vorhersagen zu treffen, und sie werden sogar in numerische Wettervorhersagemodelle einbezogen, um die Genauigkeit der Vorhersagen zu verbessern. Wie funktioniert es genau?

Die Grundlagen: Wie modernes Wetterradar funktioniert

Ein modernes Doppler-Radarsystem besteht aus einer großen Radarschüssel, die sich zum Schutz vor den Elementen in einer noch größeren sechseckigen Kuppel befindet. Die Radarschüssel kann sich um 360 Grad in der Horizontalen und etwa 20 Grad in der Vertikalen drehen. Während sich die Radarantenne dreht, sendet sie extrem kurze Radiowellenimpulse aus und wartet während der „Abhörphase“ auf die Rückkehr dieser Impulse. Jeder Impuls dauert etwa 0,00000157 Sekunden mit einer „Abhörzeit“ von 0,00099843 Sekunden. Die gesendeten Radiowellen bewegen sich mit etwa Lichtgeschwindigkeit durch die Atmosphäre. Sobald sie auf ein Ziel wie einen Regentropfen oder eine Schneeflocke treffen, werden die Radiowellen gestreut und ein Teil der Energie kehrt zum Radar zurück. Das Radar beobachtet all diese Informationen während der „Abhörphase“, wobei sich dieser Vorgang bis zu 1.300 Mal pro Sekunde wiederholt. Anhand der Zeit, die die Radiowellen benötigen, um die Antenne zu verlassen, auf das Ziel zu treffen und zur Antenne zurückzukehren, kann das Radar die Entfernung und Richtung des Ziels mithilfe des „Doppler-Effekts“ berechnen (daher der Name Doppler-Radar). Darüber hinaus liefert die vom Radar zurückgesendete Energie Informationen über die Eigenschaften des Ziels, einschließlich Größe, Intensität und – bei den neuesten dualpolarisierten Radargeräten – sogar über die Art des Niederschlags.

Der Doppler-Effekt

Durch Ausnutzung des Doppler-Effekts liefern Doppler-Radargeräte Informationen über die Bewegung und Position von Zielen. Nachdem das Radar einen Funkwellenimpuls ausgesendet hat, verfolgt es die Phasenverschiebung zwischen der gesendeten Funkwelle und dem empfangenen Echo. Diese Phasenverschiebung zeigt an, ob sich das Ziel direkt auf das Radar zu oder von ihm weg bewegt, was als seine radiale Geschwindigkeit bezeichnet wird. Eine positive Phasenverschiebung bedeutet, dass es sich auf das Radar zubewegt, eine negative Verschiebung, dass es sich vom Radar wegbewegt. Der Effekt der Phasenverschiebung ähnelt der „Doppler-Verschiebung“, die bei Schallwellen beobachtet wird. Wenn ein Objekt bei der Annäherung an einen Ort Schallwellen aussendet, werden die Wellen komprimiert, was zu einer höheren Frequenz führt. Entfernt sich das Objekt von einem Ort, werden die Schallwellen gedehnt, was zu einer niedrigeren Frequenz führt. Dies ist häufig der Fall, wenn ein Einsatzfahrzeug mit heulender Sirene vorbeifährt.

Dualpolarisiertes Radar
Der Nationale Wetterdienst verwendet derzeit Dualpolarisationsradare für sein Netz. Während herkömmliche Radare Impulse in horizontaler Richtung aussenden und empfangen, gehen Dual-Polarisations-Radare einen Schritt weiter und senden und empfangen Wellen in horizontaler und vertikaler Richtung. This provides a more complete picture of targets in the atmosphere, allowing forecasters to differentiate between rain, snow/melting snow, and even hail.

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