Das Wort Radar ist eine Abkürzung für RAdio Detection And Ranging. Dahinter verbirgt sich eine Technologie, die elektromagnetische Wellen nutzt, um Wetterphänomene wie Regen, Schnee oder Hagel zu erkennen. In der modernen Meteorologie ist das Radar ein unverzichtbares Werkzeug zur Beobachtung der Atmosphäre – insbesondere, wenn es um die kurzfristige Erkennung von Niederschlag und dessen Intensität geht.
Geschichte
Das Wetterradar entwickelte sich ab dem zweiten Weltkrieg, als militärische Radarsysteme erste Wettersignale erfassten. In den folgenden Jahrzehnten wurde die Technologie gezielt für meteorologische Zwecke weiterentwickelt. Seit den 1950er Jahren kamen Radare zunehmend im zivilen Wetterdienst zum Einsatz. Mit der Einführung des Doppler-Radars ab den 1960er Jahren und später polarmetrischen Technik wurde es möglich, nicht nur die Intensität, sondern auch die Art und Bewegung von Niederschlag präzise zu erfassen. Heute ist das Wetterradar ein zentrales Instrument, das der modernen Wetterbeobachtung dient und als wichtige Grundlage für Wetterwarnungen herangezogen wird.
Grundprinzip des Radars
Die Funktionsweise eines Wetterradars ist so aufgebaut, dass es elektromagnetische Wellen mit bestimmten Frequenzen aussendet. Treffen diese Wellen auf Niederschlagsteilchen – also auf Regentropfen, Schneeflocken oder Hagelkörner – werden sie reflektiert. Die reflektierten Signale kehren zum Radar zurück und werden dort von einer Antenne aufgefangen. Ein Computer wertet diese Daten anschließend aus und liefert dann die Radarbilder.
Mithilfe der reflektierten Signale lassen sich verschiedene Eigenschaften des Niederschlags bestimmen:
- Position: Wo befindet sich das Niederschlagsgebiet?
- Intensität: Wie stark ist der Niederschlag?
- Art des Niederschlags: Handelt es sich um Regen, Schnee oder Hagel?
- Bewegung: In welche Richtung bewegt sich das Niederschlagsgebiet?
- Windgeschwindigkeit: Durch den Doppler-Effekt (siehe https://www.dwd.de/DE/wetter/thema_des_tages/2015/3/30.html) kann zusätzlich die Geschwindigkeit ermittelt werden, mit der sich die Wolken bewegen
Radarbild
Herausforderungen
Obwohl das Wetterradar ein sehr präzises Instrument ist, gibt es auch einige technische Herausforderungen. Die Signalstärke des Radars nimmt mit wachsender Entfernung immer weiter ab. Je weiter also ein Niederschlagsgebiet vom Radar entfernt ist, desto schwächer ist das reflektierte Signal. Diese Abschwächung wird auch Freiraumdämpfung genannt. Um dies auszugleichen, muss die Empfindlichkeit des Empfängers entsprechend angepasst werden. Ein weiteres Problem entsteht, wenn große Mengen Wasser oder Eis die ausgesendeten Wellen so stark reflektieren, dass dahinterliegende Gebiete vom Radar nicht mehr erfasst werden können. Hier spricht man von einem Radarschatten. Dieses Problem kann man beheben, indem man mehrere Radare zusammen im Verbund einsetzt, und ihre Sichtweiten überlappen lässt. Dies stellt eine flächendeckende Abdeckung sicher und hilft, Messfehler zu reduzieren. Weitere Störfaktoren wie Gebäude oder Landerhebungen, welche ungewünschte Signale im Radarbild verursachen, kann man durch Rechenverfahren aus den Radarbildern heraus subtrahieren. Dies ist gut möglich, da sich Gebäude und Landerhebungen nicht bewegen, sondern statisch an einem Fleck bleiben.
Um ein vollständiges Bild der Atmosphäre zu erhalten, sendet ein Wetterradar seine elektromagnetischen Impulse nicht nur in eine Richtung, sondern rundum in unterschiedlichen Höhenwinkel (sog. Elevationswinkel) aus. Durch diese gestaffelte Abtastung können mehrere Schichten der Atmosphäre erfasst werden – von bodennahen Niederschlägen bis hin zu höheren Wolkenstrukturen. Die dabei entstehenden sogenannten Volumenscans liefern ein dreidimensionales Bild des Niederschlagfeldes, das wichtige Rückschlüsse auf die Struktur, Intensität und Entwicklung von Wetterereignissen erlaubt.
In Deutschland betreibt der Deutsche Wetterdienst insgesamt 17 Wetterradarstationen. Diese sind so verteilt, dass das gesamte Bundesgebiet abgedeckt wird. Die Daten dieser Stationen werden laufend aktualisiert und fließen direkt in die Wetterwarnsysteme, Kurzvorhersagen und die Information der Bevölkerung beispielsweise bei Unwettern ein.