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Reflektivität

Die Reflektivität (Z) ist ein Maß für den Rückstreuquerschnitt von Zielen, die mit einem Wetterradar detektiert werden können, vergleichbar mit der effektiven Rückstrahlfläche bei einem Aufklärungsradar). Es ist die durch Hydrometeore (Wassertropfen, Schneekristalle, Hagel- und Graupelkörner) zurückgestrahlte Leistung. Reflektivität wird definiert als die gesamte Rückstrahlfläche kleiner Partikel pro Kubikmeter mit einer Dielektrizitätskonstante größer als Null. Dieser Wert ist proportional zur sechsten Potenz des Durchmessers eines Objektes mit einer sphärischen Oberfläche. Da jeder Regentropfen oder jede Schneeflocke einen anderen Durchmesser hat, ist es nicht möglich, den Wert mit einer Anzahl von Objekten zu multiplizieren, die Reflektivität ist also die Summe aller einzelnen Objekte in einem Raum von einem Kubikmeter unter Beachtung eines Modells der Verteilung der unterschiedlichen Tropfengröße:

mit

N0 = Formparameter (mm-7-µ·m3)
D = Durchmesser des Tropfens (mm)
Λ = Steilheit der Exponentialfunktion (mm-1)(1)

Die Reflektivität Z ist abhängig von der Größe und der Anzahl von Regentropfen pro Volumen und hat die Maßeinheit mm6·m-3. Sie ist proportional zur Energie, die von sämtlichen Streuteilchen im Radarstrahl zur Antenne zurückgestreut wird. Sind die Tröpfchen nicht kugelförmig, so ist D der volumenäquivalente Kugeldurchmesser.

Zusammenhang Reflektivität und Regenrate

Die vom Radar gemessene Reflektivität muss nun mit der am Boden ankommenden Niederschlagsmenge in ein Verhältnis gesetzt werden. Die Regenrate R ist abhängig von der Anzahl der im gemessenen Volumen vorhandenen Regentropfen sowie auch eine Funktion der Fallgeschwindigkeit v(D), die wiederum abhängig ist von der Tropfengröße. Der Umfang der Regentropfen ist proportional zu D3:

Verhältnis Reflektivität zur Regenrate

Da die von der Antenne empfangene Energie aber von vielen Faktoren abhängt, wurde für meteorologische Ziele die Reflektivität speziell definiert, in dem alle anderen Einflüsse zu nur noch einem Faktor und einem Exponent zusammengefasst wurden. Die Reflektivität hängt nun nur noch von den Eigenschaften der Ziele ab. Bei Regen ist sie um so größer, je mehr und je größere Regentropfen in der Luft enthalten sind. Sie wird meist in der logarithmischen Einheit dBZ angegeben, wobei dB das übliche Kürzel für Dezibel ist und Z für Reflektivität steht.

Reflektivitäten (Z) bzw. deren logarithmischen Werte (dBZ) können mit der folgenden Beziehung in Niederschlagsraten (R, in [mm/h]) umgerechnet werden:

Durch langfristige Beobachtungen wurden mittlerweile eine große Anzahl von verschiedenen Werten für a und b ermittelt. Diese Werte werden für jede Radarstation und (bei mobilen Geräten: für jeden Standort) abgestimmt und in einer Tabelle festgehalten.

Dabei sind je nach der Radarkonfiguration und der besonderen Wettersituation mehrere Mehrdeutigkeiten möglich. Zur quantitativen Analyse der Niederschlagsintensität müssen jedoch jeweils weitere Vergleichsmessungen herangezogen werden.