Windprofiler

Bodengebundene Fernerkundungsverfahren zur Messung der Windgeschwindigkeit und Windrichtung (Windprofile) in hoher zeitlicher Folge (60 min) auf Radarbasis. Windprofiler arbeiten mit Wellenlängen von 1 m, das entspricht Frequenzen von einigen 100 Mhz bis 1 Ghz. In diesem Frequenzbereich findet keine Absorption durch Wasser- und Regentropfen statt, wodurch die Messungen durch Wolken und Regen nicht gestört werden.

Am häufigsten kommen derzeit gepulste Radargeräte, die nach dem Verfahren des so genannten "Doppler Beam Swinging" arbeiten, zum Einsatz. Bei diesem Verfahren werden in mindestens drei bzw. auch fünf verschiedenen Strahlrichtungen elektromagnetische Impulse ausgesandt, die an turbulenten Inhomogenitäten des Brechungsindexfeldes der Atmosphäre gestreut werden. Die rückgestreuten Wellen erfahren dabei in Abhängigkeit von der durch den Wind bestimmten Bewegung der turbulenten Strukturen eine Frequenzverschiebung (Dopplereffekt), so dass aus der Analyse des rückgestreuten Signals die radiale Windgeschwindigkeit für jede Strahlrichtung ermittelt werden kann.

Durch Kombination der Radialgeschwindigkeiten von drei oder fünf Strahlrichtungen kann schließlich der dreidimensionale Windvektor berechnet werden. Die erforderliche Höhenzuordnung ergibt sich aus der Laufzeit des elektromagnetischen Signals.

Der vertikale Messbereich, insbesondere die maximal erreichbare Messhöhe wird in erster Linie durch die Betriebsfrequenz der Systeme vorgegeben und variiert zwischen 0,2 und 3 km (Grenzschichtwindprofiler) bzw. 0,5 und 16 km (Troposphärenwindprofiler). Allerdings liegt die Höhenauflösung wegen der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit nur bei ca. 100 m.

Windprofiler-Radargeräte können mit Schallquellen zu einem Radio-Akustischen-Sondierungs-System (RASS) zur Messung der Temperatur ergänzt werden. Die ausgesandten akustischen Wellen erzeugen künstliche Inhomogenitäten im Brechungsindexfeld, die sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten. Durch das Windprofiler-Radar lässt sich nun, analog zur Messung des Radialwindes, die Schallgeschwindigkeit bestimmen und aus dem physikalischen Zusammenhang zwischen Schallgeschwindigkeit und Temperatur das vertikale Temperaturprofil ableiten.

Die vertikale Reichweite ist hierbei auf Grund der starken Schwächung der akustischen Signale jedoch deutlich geringer als bei der Windmessung. Je nach System werden im allgemeinen Messhöhen von 0,2 - 1 km (Grenzschichtwindprofiler) bzw. 0,5 - 4 km (Troposphärenwindprofiler) erreicht.

Troposphären-Windprofiler 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 Temperatur bis 4 km zu bestimmen. Es arbeitet hauptsächlich wie ein vertikal ausgerichtetes Radargerät. Quelle: DWD

Windprofiler vermögen die für den Flugverkehr gefährlichen Scherwinde beim Landeanflug sowie CAT-Bereiche (Clear Air Turbulence, starke Turbulenz in der Nähe der Strahlströme, nicht mit Wolkenbildung verbunden, daher für das Auge nicht erkennbar) in der oberen Troposphäre zu erfassen. Auch nächtens ziehende Zugvogelschwärme werden erfasst und beeinträchtigen die Messung. Die Genauigkeit von Windprofilern entspricht der von Radiosonden.

Auf Grund der unbemannten und von den meteorologischen Bedingungen nahezu unabhängigen Messungen avancieren Windprofiler weltweit zu einer wichtigen Komponente im aerologischen Messnetz.

Weitere Informationen:

• Bodengebundene FE-Systeme zur Vertikalsondierung