Technik für Tropfen

Langsam wird es draußen etwas kühler, vor allem regnerischer. Viele von Ihnen nutzen daher wahrscheinlich häufig das Regenradar, um zu schauen, ob es in Kürze anfängt zu regnen. Doch wie funktioniert so ein Regenradar eigentlich?

Radargeräte funktionieren grundsätzlich so, dass sie elektromagnetische Wellen mit sehr kurzen Wellen, also im Mikrowellenbereich, abgeben. Diese Wellen treffen dann auf Objekte und werden reflektiert. Den reflektierten Anteil kann das Radar messen. Auf diesem Weg lassen sich Flugzeuge oder Schiffe orten, aber auch Regentropfen, Schneeflocken, sogar kleine Wolkentröpfchen können geortet werden. Je nachdem, was betrachtet werden soll, muss grundsätzlich nur die Frequenz angepasst werden.

Die Welle trifft dabei auf den Tropfen und wird an diesem teilweise gestreut, teilweise reflektiert und teilweise passiert die Welle ihn auch einfach, ohne irgendeinen Effekt hervorzurufen. Der Anteil, der von den Tropfen reflektiert wurde, wird vom Radar dann wieder empfangen. Die Stärke des empfangenen Signals ist dabei direkt proportional zu der Menge an Wassertropfen, die sich in der Atmosphäre befinden. Ein starkes Signal bedeutet also, dass in dem betrachteten Gebiet viel Niederschlag fällt. Über den Winkel, in welchem man das Radar ausgerichtet hat, lässt sich die Richtung abschätzen, in denen sich die Wolken oder der Niederschlag befinden. Über die Entfernung sagt dies jedoch noch gar nichts aus. Diese erhält man durch die Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden und dem Empfangen der Welle, da sich die Mikrowellen mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausbreiten.

Grade eben hatte ich es schon einmal kurz angeschnitten: Wellen haben auch eine bestimmte Frequenz. Wenn die Welle nun auf ein Objekt trifft, das sich auf die Welle zubewegt, werden die Wellenberge der reflektierten Welle näher aneinandergerückt und die Frequenz erhöht sich. Dies ist das Prinzip des Dopplereffekts und auch der Grund, weshalb sich die Sirene z.B. eines Polizeiautos höher anhört, wenn es auf einen zu fährt. Die Niederschlagsradare nutzen den Dopplereffekt ebenfalls. Bewegt sich das Regenband auf die Radarstation zu, werden höhere Frequenzen gemessen, als wenn es sich von der Station wegbewegt. Man kann also sogar die Windrichtung und Windgeschwindigkeit durch die Daten des Radars berechnen!

Doch es gibt natürlich auch Nachteile. Denn die Reichweite der Radaranlagen ist begrenzt und beträgt etwa 150km, da nach dieser Entfernung die Energie der Wellen bereits sehr abgeschwächt ist. Zudem gibt es sehr viele Störsignale. Hohe Gebäude, Windräder-Parks, Hügel und Berge sowie natürlich auch Flugzeuge reflektieren die Wellen sehr viel stärker, als die Regentropfen. Es kann außerdem sein, dass die Radarwellen bei bestimmten Luftschichtungen zum Boden hin abgelenkt werden, sodass man die Anlage zwar auf den Himmel ausgerichtet hat, aber stattdessen das Radarecho der Erdoberfläche empfängt. Auch große Vogelschwärme können zu Fehlechos führen. All diese Effekte müssen mit speziellen Filtermethoden neutralisiert werden.

So viel Wissen und Technik braucht man also, um beantworten zu können, ob der Regen über einen hinwegziehen wird…