Wie leistungsfähig ist das Wetterradar zur Messung von Wind, Wolken und Regen?

Autor: Haiyueming Studio

Wetterradare und Wettersatelliten spielen eine wichtige Rolle bei der Wetterbeobachtung und Wettervorhersage. Sie liefern uns umfassende meteorologische Informationen und helfen uns, Wetteränderungen besser zu verstehen und darauf zu reagieren. Heute wollen wir uns auf das Wetterradar konzentrieren, ein leistungsstarkes technologisches Werkzeug, und seine breite Anwendung und weitreichenden Auswirkungen auf unser tägliches Leben eingehend untersuchen.

Ein meteorologisches Radar ist ein Radar, das speziell für die meteorologische Erfassung verwendet wird und ein aktives Mikrowellen-Fernerkundungsgerät für die Atmosphäre ist. Wetterradar ist eines der wichtigsten Erkennungsinstrumente zur Warnung vor und Vorhersage von Wettersystemen kleinen und mittleren Ausmaßes. Es bestimmt den Standort und die Eigenschaften des Ziels durch die Reflexion der Radarwellen am Ziel. Herkömmliche Radargeräte bestehen im Allgemeinen aus Richtantennen, Sendern, Empfängern, Antennensteuerungen, Displays und Kameras sowie elektronischen Rechnern und Bildübertragungskomponenten. Wetterradare können Unwetter überwachen und davor warnen und anhand des Echos feststellen, ob es sich um Stratus- oder Cumulus-Niederschlag handelt. es kann erkennen, ob Hagel oder Tornados wahrscheinlich sind; und es kann die spezifische strukturelle Verteilung innerhalb einiger Wettersysteme genau analysieren und identifizieren. Darüber hinaus kann es großflächige Niederschläge quantitativ abschätzen und Windfeldinformationen in Echtzeit überwachen. Ein weiterer Punkt ist, dass es das Anfangswertfeld des hochauflösenden numerischen Wettervorhersagemodells verbessern kann. Durch die Übermittlung der Daten zum Radarreflexionsfaktor und zur Radialgeschwindigkeit kann die Genauigkeit des Entsorgungsfelds des hochauflösenden numerischen Wettervorhersagemodells erheblich verbessert und somit die hochauflösende numerische Wettervorhersage verbessert werden.

Zu den wichtigsten Wetterradaren gehören: Wolkenmessradar, Regenmessradar, Windmessradar und Zirkularpolarisationsradar.

Radar zur Wolkenerkennung. Es handelt sich um ein Radar, mit dem die Höhe, Dicke und physikalischen Eigenschaften von Wolken ermittelt werden, bevor sich Niederschlag bildet. Die üblicherweise verwendete Wellenlänge beträgt 1,25 cm oder 0,86 cm. Das Funktionsprinzip ist dasselbe wie bei einem Regenmessradar und wird hauptsächlich zur Ermittlung der Höhe der Wolkenober- und -untergrenze verwendet. Wenn sich am Himmel mehrere Wolkenschichten befinden, kann auch die Höhe jeder Schicht gemessen werden. Da Wolkenpartikel kleiner als Niederschlagspartikel sind, arbeiten Wolkenradare mit kürzeren Wellenlängen. Wolkenradar kann hohe und mittlere Wolken nur dort erkennen, wo es relativ wenige Wolken gibt. Niedrige Wolken mit hohem Wassergehalt, wie beispielsweise Cumulonimbuswolken und Hagel, sind für den Strahl des Wolkenmessradars nur schwer zu durchdringen, sodass sie nur durch ein Regenmessradar erfasst werden können.

Regenradar. Es wird auch als Wetterradar bezeichnet und nutzt die Streuwirkung elektromagnetischer Wellen durch Regentropfen, Wolkentröpfchen, Eiskristalle, Schneeflocken usw., um die Konzentration, Verteilung, Bewegung und Entwicklung von Niederschlägen in der Atmosphäre oder großer Tröpfchen in Wolken zu erkennen und die Struktur und Eigenschaften von Wettersystemen zu verstehen. Niederschlagsradar kann Taifune, lokale schwere Stürme, Hagel, starken Regen und starke Konvektionswolken erkennen und Wetteränderungen überwachen.

Windradar. Es dient der Erfassung meteorologischer Elemente wie horizontaler Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw. in verschiedenen Luftschichten in großen Höhen. Die Erkennungsmethode des Windmessradars besteht im Allgemeinen darin, die Ballons durch die Verfolgung reflektierender Ziele oder Transponder, die an Ballons befestigt sind, kontinuierlich zu orten. Anhand der Verschiebung des Ballons pro Zeiteinheit können die horizontale Windrichtung und -geschwindigkeit in unterschiedlichen Luftschichten bestimmt werden. Am Ballon hängt außerdem ein Echolot, mit dem sich Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit in großen Höhen aus der Ferne messen lassen.

Zirkularpolarisationsradar. Allgemeine Wetterradare senden horizontal oder vertikal polarisierte Wellen aus, während zirkular polarisierte Radare zirkular polarisierte Wellen aussenden. Wenn das Radar zirkular polarisierte Wellen aussendet, besteht das Echo kugelförmiger Regentropfen aus zirkular polarisierten Wellen, die in die entgegengesetzte Richtung rotieren, während große nicht-kugelförmige Partikel (wie etwa Hagel) eine Depolarisation der zirkular polarisierten Wellen verursachen. Durch Ausnutzung der Echocharakteristika der Depolarisationseigenschaften von nicht-sphärischem Hagel kann mithilfe von zirkular polarisiertem Radar das Vorhandensein von Hagel im Sturm festgestellt werden.

Das Verstehen von Wetterradarbildern ist eine wissenschaftliche und praktische Fähigkeit, die die Beherrschung bestimmter Grundkenntnisse und Methoden erfordert. Hier sind einige Richtlinien zum Lesen eines Radardiagramms: Die roten, gelben, blauen und grünen Blöcke auf einem Radardiagramm sind Radarechos. Kühle Farben – wie Blau und Grün – zeigen milderes Wetter wie bewölkte Tage oder leichten Regen an, während wärmere Farben – wie Gelb und Rot – auf intensiveres Wetter in dieser Region hinweisen.

Blau: Der dem Echo entsprechende Bereich zeigt an, dass das lokale Gebiet von Niederschlagswolken bedeckt ist, es aber noch nicht geregnet hat.

Grün: Der vom Echo abgedeckte Bereich stellt den Bereich dar, der vom Nieselregen „bedeckt“ ist.

Gelb bis Rot – Im vom Echo abgedeckten Gebiet wird mäßiger bis starker Regen erwartet. Im Allgemeinen entspricht der gelbe Bereich einer Niederschlagsintensität von etwa 10 mm pro Stunde; Das orangefarbene Radarecho entspricht im Allgemeinen einer Niederschlagsintensität von etwa 20 mm pro Stunde und es besteht die Möglichkeit von kurzfristigen Gewittern, starken Winden, Hagel und anderen schweren konvektiven Wetterereignissen.

Zinnoberrot – die stündliche Niederschlagsintensität beträgt 28 bis 48 mm pro Stunde, leuchtendes Rot – die stündliche Niederschlagsintensität beträgt 58 bis 99 mm pro Stunde, dunkelrot – die stündliche Niederschlagsintensität beträgt 120 bis 205 mm pro Stunde.

Lila – Der Bereich „mit violetten Echos bedeckt“ weist die höchste Niederschlagsintensität auf. In der Region kommt es zu heftigen Regenfällen oder sogar sintflutartigen Regenfällen, die von Unwettern wie Gewittern, starken Winden und sogar Hagel begleitet sein können.

Wetterradar wird hauptsächlich zur Erkennung meteorologischer Bedingungen und sich ändernder Trends eingesetzt. Es wird häufig in der Wettervorhersage sowie von professionellen Wetterdiensten in den Bereichen Landwirtschaft, Hydrologie, Forstwirtschaft, Transport, Energie, Ozeanien, Luftfahrt, Raumfahrt, Landesverteidigung, Bauwesen, Tourismus und Medizin eingesetzt. Es handelt sich um ein Avionikprodukt, das entwickelt wurde, um meteorologischen Risiken vorzubeugen und die Flugsicherheit zu gewährleisten. Dabei wird das Prinzip genutzt, dass elektromagnetische Wellen nach der Aussendung durch die Antenne und dem Auftreffen auf Hindernisse reflektiert werden. Je höher die Leitfähigkeit des Ziels und je größer die Reflexionsfläche, desto stärker das Echo. Es kann den Piloten während des Fluges kontinuierlich über die Wetterbedingungen vor und neben der Route informieren. Darüber hinaus bietet es eine kartenartige Anzeige der Oberflächenmerkmale vor dem Flugzeug. Damit kann der Pilot eine sichere Route wählen, gefährliche Wetterzonen oder andere Hindernisse vermeiden, Orientierungspunkte identifizieren und den Standort des Flugzeugs bestimmen.

Wetterradare und Wettersatelliten verfügen jeweils über eigene, einzigartige Eigenschaften und Funktionen bei der Wetterbeobachtung und -vorhersage. Basierend auf der obigen Einführung haben wir bereits etwas über Wetterradar gelernt. Lassen Sie mich Ihnen nun die relevanten Inhalte zu Wettersatelliten vorstellen.

Ein Wettersatellit ist ein künstlicher Satellit, der vom Weltraum aus meteorologische Beobachtungen der Erde und ihrer Atmosphäre durchführt. Wettersatelliten verfügen über einen großen Beobachtungsbereich, eine große Anzahl von Beobachtungen, eine schnelle Beobachtungsaktualität und qualitativ hochwertige Beobachtungsdaten. Die Hauptanwendung von Satelliten ist die großflächige Beobachtung zur Bestimmung von Fronten, tropischen Wirbelstürmen und anderen Systemen. Satelliten spielen eine große Rolle, insbesondere in abgelegenen Wildnisgebieten und auf den Ozeanen, wo keine Wetterstationen errichtet werden können. Satelliten werden auch zur Identifizierung von Wettersystemen verwendet, insbesondere wenn schweres konvektives Wetter auftritt. Allerdings liegen auch einige Mängel von Satelliten auf der Hand. Beispielsweise erscheinen starke Konvektionswolken auf Satelliten nur als helle weiße Wolken. Welche Art von Katastrophenwetter erzeugt diese Wolke angesichts ihrer inneren Struktur? Tornado-Hagel oder kurzfristiger Starkregen? Zur Bestimmung aller dieser Punkte ist Radar erforderlich.

In Bezug auf die Erfassungsgenauigkeit können Wettersatelliten aufgrund ihrer begrenzten Beobachtungsgenauigkeit und Inversionsmethoden nicht mit Wetterradaren mithalten. Allerdings ist der Radarabdeckungsbereich begrenzt, sodass sich die beiden ergänzen und nicht vollständig ersetzen können.

Dieser Artikel ist eine Arbeit, die vom Science Popularization China Creation Cultivation Program unterstützt wird

Autor: Haiyueming Studio

Gutachter: Dai Yunwei, leitender Ingenieur, China Meteorological Administration

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

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