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Polarimetrisches Radar

Bild 1: Stilisiertes Messverfahren des Polarimetrischen Radars

Bild 1: Stilisiertes Messverfahren des Polarimetrischen Radars

Stilisiertes Messverfahren des Polarimetrischen Radars, 
© 2015 Christian Wolff www.radartutorial.eu

Bild 1: Stilisiertes Messverfahren des Polarimetrischen Radars

Polarimetrisches Radar

Differentielle Reflektivität

Eine andere Methode der Hagelortung verwendet zweifache Polarisation. Das Radargerät sendet und empfängt linear polarisierte HF- Signale und schaltet rasch zwischen horizontaler und vertikaler Polarisation entweder alternierend zwischen einzelnen Sendeimpulsen oder zwischen Impulsgruppen um.

Modernere polarimetrische Radargeräte, wie das Meteor 1500 von Gematronik, senden sogar beide Polarisationsrichtungen gleichzeitig. Die zwei Empfangssignale werden ZH und ZV genannt und von diesen wird die differentielle Reflektivität ZDR berechnet. In einem mittleren bis starkem Regen sind die Regentropfen groß und verflachen während ihres freien Falls und bilden somit abgeplattete Sphäroide. Dieses wiederum ist die Ursache für ein stärkeres Echo bei einer horizontalen Polarisation.

Formel für die differentielle Reflektivität

Die Dielektrizitätskonstante von festem Eis beträgt nur etwa 20% von der des Wassers und die Partikelform hat deshalb beim Hagel eine viel kleinere Wirkung als beim Regen. Hagelkörner taumeln beim Fallen, so dass ZDR klein sein wird. Hagel wird also durch einen hohen ZH und niedrigen ZDR- Wert identifiziert. Sollten sogar lineare ZDR- Werte kleiner als eins auftreten (oder mit einem negativen Dezibel- Wert), ist das ein typisches Zeichen für Hagelkörner. (Nur diese können schließlich „hochkant” herunterfallen!)

Mit einem polarimetrischen Radar kann bis zu einem gewissen Grad sehr wohl die Größe der Wassertropfen gemessen werden. Beim Fallen flachen die Hydrometeore etwas ab. Das Verhältnis von Höhe und Breite ist bei Hydrometeoren geringfügig größenabhängig. Wichtiger ist jedoch die Größe der Reflektivität. Ab einer bestimmten Wassermenge pro Kubikmeter müssen die Wassertropfen eben eine bestimmte Größe haben. Wenn dann dazu auch die differenzielle Reflektivität passt, dann ist das Ergebnis aussagekräftig.

Bild 2: Je größer die Regentropfen, desto abgeplatteter ist ihre Form

Bild 2: Je größer die Regentropfen, desto abgeplatteter ist ihre Form, deso größer ist auch ZDR

Lineares Depolarisationsverhältnis

Bei der horizontal polarisierten Ausstrahlung der Sendeenergie wird der Empfänger des vertikal polarisierten Kanals nicht abgeschaltet und empfängt den Anteil der horizontal polarisierten Strahlung, der in die vertikale Ebene gedreht (depolarisiert) wurde. Das logarithmische Verhältnis der Reflektivität bei horizontaler Abstrahlung und vertikal polarisiertem Empfang zu derjenigen bei rein horizontal polarisiertem Senden und Empfang wird Lineares Depolarisationsverhältnis (LDR) genannt.

Bei sphärischen Teilchen wird LDR theoretisch gegen –∞ gehen, praktisch jedoch nur Werte bis zu – 40 dB erreichen.

Leider kann bisher kein mir bekanntes polarimetrisches Radar direkt eine Hagelkorngröße messen. Es kann nur aus der differenziellen Reflektivität ZDR sowie aus den messbaren Phasendifferenzen zwischen dem horizontal und dem vertikal polarisiertem Empfangssignal feststellen, dass es Hagel ist. Aus dem Vergleich der bisher mit genau diesem Radar gemessenen Reflektivitäten und den bisher gemachten Erfahrungen über dann real gefallene Niederschlagsarten und -mengen kann höchstens die Niederschlagsmenge relativ sicher bestimmt werden, und: dass es sich bei einem bestimmten ZDR um Hagel handelt! Ob es dann viele kleine oder wenige große Hagelkörner sind, kann das Radar so direkt nicht messen.