Messprinzip

Wetterradar mit Gewitterzelle über den Voralpen

Bei einem Wetterradar wird elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 1 bis 10 cm als kurzer, energiereicher Impuls von einer gerichteten Parabolantenne in die Atmosphäre ausgesandt. Der Impuls trifft dabei auf die in einer Wolke vorhandenen Niederschlagsteilchen, die Hydrometeore (Regentropfen, Eiskristalle, Hagelkörner). Diese Teilchen streuen die Radarstrahlung, und ein Teil davon gelangt durch die Rückstreuung wieder in die Antenne und zwar in der Zeit zwischen den ausgesandten Energieimpulsen. Die aufgefangene Rückstrahlung, das Radarecho, ist sehr schwach und muss deshalb verstärkt werden. Das Zeitintervall zwischen den ausgesandten Impulsen und den dazugehörigen Echos entspricht jener Zeit, die der Impuls braucht, um die doppelte Entfernung (hin und zurück) zu den streuenden Hydrometeoren zurückzulegen. Da sich die Radarstrahlung mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, kann die Distanz vom Radar zu den Partikeln berechnet werden. Die Echostärke oder die Radarreflektivität wird hauptsächlich von der Grösse der Hydrometeore bestimmt, mit abnehmender Grösse verliert das Echo rasch an Stärke.

Bei den üblichen Wellenlängen der Wetterradargeräte (3 bis 10 cm) geben die Wolkentröpfchen noch kein Radarecho; sie sind zu klein. Dagegen streuen die Regentropfen (grösser als 0.1 mm Druchmesser), d.h. Niederschlag, der aus der Wolke ausfällt, die Radarstrahlen stark. Wasser streut stärker als Eis. Wassertropfen geben somit ein stärkeres Radarscho als "trockene" Graupeln gleicher Grösse. Das Echo wird umso stärker, je grösser die Tropfen sind, und je mehr Tropfen sich im Radarstrahl befinden. Auch schmelzende Schneeflocken, Graupel oder Hagelkörner geben ein kräftiges Echo, da die Oberfläche mit einer Wasserhaut überzogen ist, so dass z.B. ein schmelzendes Hagelkorn so reagiert, als ob es ganz aus Wasser wäre.

Die Radarreflektivität ist ein Mass für die Niederschlagsintensität. Die Bewegung der Partikel kann mit der Dopplergeschwindigkeit erfasst werden. Dies sind die beiden fundamentalen Messgrössen, welche in der Radarmeteorologie Verwendung finden (siehe nächstes Kapitel).