Radar- und Blitzbilder Aktuellste Wettergefahrenerkennung für die Luftfahrt
Wetter-Radar Die RADAR-Technologie (RAdio Detecting And Ranging) hat ihren festen Platz im Bereich der Meteorologie und ist mittlerweile unentbehrlich geworden. Das Wetterradar ist das einzige Messverfahren, das flächendeckende Niederschlagsmessungen ermöglicht und unterstützt somit wesentlich eine optimale Wetter- und Unwettervorhersage. Ein Wetterradar besteht aus einer Antenneneinheit einschließlich Radom (Wetterschutz), einem Sender und einem Empfänger, Signal- und Datenverarbeitungsprozessoren, einem Radarrechner sowie einem lokalen Netzwerk zur Übermittlung der gewonnenen Daten und zur Überwachung des Gesamtsystems. Die rotierende Antenne des Radarsystems sendet strahlt einen auf ca. 1 großen Raumwinkel gebündelten, elektromagnetischen Impuls von bekannter Frequenz, Länge und Leistung ab. Niederschlagsteilchen streuen und reflektieren diese Energie und senden sie teilweise zur empfangenden Antenne zurück. Aus der Laufzeit des Empfangssignals lässt sich die Entfernung des Niederschlags bestimmen. Die als Reflektivität bezeichnete Stärke des Echos liefert Hinweise über Größe und Beschaffenheit des Niederschlagsteilchens. Über die gemessene Dopplerverschiebung des Messsignals wird die Geschwindigkeit des Niederschlags relativ zur Antenne gemessen. Zudem können mit neueren Technologien über die Messung der Polarisierung der elektromagnetischen Pulse Informationen über die Art des Niederschlags (z. B. Regen, Schnee, Hagel) gewonnen werden. Weitere Informationen über den Radarverbund des DWD und die einzelnen Standorte erhalten Sie im Internet unter: www.dwd.de ->Startseite > Forschung >Atmosphärenbeobachtung >Wetterradar. Europaweite Erfassung von Blitzen Seit 1995 bezieht der DWD Blitzdaten von externen Blitzortungssystembetreibern; aktuell von der Firma nowcast GmbH/München. Das flächendeckende Blitzortungssystem basiert auf der Messung niederfrequenter elektromagnetischer Strahlung (VLF/LF-Bereich 3-30/30-300 khz), welche von atmosphärischen Entladungen und insbesondere von Blitzen ausgehen. Dabei werden über Laufzeitmessverfahren, Winkelpeilung und Phasenverschiebung die einzelnen Blitzereignisse in Echtzeit erfasst und zum DWD übertragen. Das Verfahren erfasst dabei nicht nur Blitze, die am Erdboden einschlagen, sondern auch Blitzentladungen innerhalb von Gewitterwolken. Der DWD verarbeitet Blitzdaten in einem Bereich zwischen 35-65 N und 10 W- 30 E. Für ein Gebiet von Dänemark bis Italien und von Frankreich bis Polen ist die Ortungswahrscheinlichkeit für jede Blitzentladung > 90%. Die Ortungsgenauigkeit von Bodenblitzen ist < 2 km in Europa und < 500 m in Deutschland. Nähere Informationen hierzu finden Sie unter www.nowcast.de.
Radarprodukte für die Luftfahrt Europäisches Radar-Komposit (PM) Durch Zusammenschluss mehrerer einzelner Wetterradare können in sogenannten Komposit-Darstellungen großflächig Niederschlagsgebiete erfasst und dargestellt werden. In dem Europäischen Radar-Komposit PM (Beispiel: s. Abb. 1) wird durch die Kombination deutscher und internationaler Radardaten die Niederschlagsverteilung in sechs Niederschlagsintensitätsklassen mit einer räumlichen Auflösung von 2 x 2 km dargestellt. Das Bild wird alle 15 Minuten neu berechnet und enthält alle verfügbaren nationalen und internationalen Wetterradarmessungen aus den vorangegangenen 15 Minuten. In dem Beispielbild sind also alle gemessenen Niederschlagsechos von 14:15 bis 14:30 UTC enthalten, wobei über Deutschland vorrangig die aktuellsten Messungen von 14:25 bis 14:30 UTC enthalten sind. Abb. 1: Europäisches Radar-Komposit (PM) Volumendaten Einzelstandort mit lateralen Vertikalschnitten (LMAX) An jedem der 17 operationellen DWD Radarstandorte wird alle 5 Minuten ein lokales Radarreflektivitätsbild produziert (s. Abb. 2). Das Bild im Grundriss zeigt einen Kreis mit 180km Radius, in dem die Radarmessungen des jeweiligen Standortes dargestellt werden. Im Zentrum der Karte liegt der Radarstandort. Flächig dargestellt wird die in der Fläche aus der gemessenen Radarreflektivität abgeleitete Niederschlagsintensität in sechs Klassen von sehr leicht bis extrem. Die horizontale Auflösung im Grundriss beträgt 2 x 2 km. Die lateralen Darstellungen am oberen und rechten Rand des Bildes erlauben eine ungefähre Darstellung der vertikalen Erstreckung des Niederschlags. Oben wird der Vertikalschnitt der maximalen Echos der Reflektivität in Nord- Süd-Richtung dargestellt. Rechts wird der Vertikalschnitt der maximalen Echos der Reflektivität in West-Ost-Richtung dargestellt. Beide Darstellungen bilden mit einer vertikalen Auflösung von 1 km einen Höhenbereich von 0-12 km über NN ab. Bei der Raumabtastung der DWD-Radargeräte durchläuft die Antenne alle 5 Minuten 10 verschiedenen Elevationswinkel von 0,5 bis 25,0 und erfasst damit den Niederschlag bis in 12 km Höhe bis zu einer Entfernung von 180 km vom Standort. Durch die Geo-
Abb. 2: LMAX vom Wetterradar Isen metrie der Messabfolge gibt es allerdings direkt am Radarstandort bis zu einer Entfernung von ca. 10 km nur Informationen aus den unteren 5 km; erst ab einer Entfernung von ca. 25 km erreicht der Radarstrahl die Höhe 12 km. Analog zum Europäischen Radar- Komposit PM enthält das Bildprodukt aufsummiert alle Messungen der letzten 5 Minuten, in dem Beispielbild sind also alle gemessenen Niederschlagechos von 15:10 bis 15:15 UTC. Die Daten aller DWD-Messungen werden in einem deutschen Radar- Komposit (WX, s. Abb. 3) verarbeitet und zusammen mit vergleichbaren europäischen Daten zu einem europäischen Komposit (EuRadCom) erweitert. Hochaufgelöste Ausschnitte um die deutschen Verkehrsflughäfen ergänzen das Angebot der Niederschlags-Scan Produkte. Beide Produkte haben eine horizontale Auflösung von 1 x 1 km und stehen alle 5 Minuten zur Verfügung. Die Bilder enthalten dabei die minutengenauen Messungen aus der angegebenen Produktzeit. Die in 255 Klassen gemessene Niederschlagsintensität wird dabei in den Bildprodukten auf 16 unterscheidbare Farben in sieben verschiedenen Gruppen von Niederschlagsintensitäten abgebildet, die mit den in den Volumenprodukten PM und LMAX vergleichbar sind. Niederschlags-Scan (WX, EuRadCom) Die schnellsten, höchstauflösenden Radarprodukte für die Luftfahrt werden aus einer besonderen Radarmessung, dem sogenannten Niederschlags-Scan gewonnen. Vor jeder Volumenmessung wird alle fünf Minuten eine schnelle Radarmessung mit einer Reichweite von 150 km durchgeführt. Der Radarstrahl wird dabei angepasst an die jeweilige Orographie zwischen 0,5 und 1,8 über den Horizont geführt. Abb. 3: Radarkomposit WX
Wetterradar-Niederschlagsklassen Klasse Niederschlagsrate Bemerkungen & Meteorologie Marginal <0,2 mm /h Der Niederschlag erreicht häufig nicht den Erdboden. Im Winter ist aber schon leichter Schneefall möglich. Very light 0,2-0,5 mm /h Leichte und moderate Niederschläge sind die häufigsten auftretenden Niederschlagsklassen. Flächig moderate Niederschläge findet Light 0,5-2 mm /h man beispielsweise bei einem lang anhaltenden Landregen in Verbindung mit einer Warmfront. Kleinräumig isolierte moderate Moderate 2-10 mm /h Niederschlagsechos können aber auch Anzeichen für beginnende Konvektion und Gewitter sein. Heavy 10-30 mm /h Ab dieser Intensität ist in der Regel Flüssigwasser und Eis in der Regenwolke vorhanden, Graupel ist möglich. Very heavy 30-150 mm /h Graupel und Hagel sind möglich. Extreme >150 mm /h Hagel ist mit großer Sicherheit vorhanden. Schwere und extreme Niederschläge stehen fast immer im Zusammenhang mit starker Konvektion und Gewittern. Bei diesen Intensitäten ist Blitzaktivität immer möglich. Diese Bereiche mit extremem Vertikalwinden, Turbulenz und Vereisung weiträumig meiden. Die Niederschlagsrate ist auf stündliche Summen normiert, regnet es beispielsweise eine Stunde lang mit einer Rate von 10 mm/h, fallen 10mm entsprechend 10 Liter/m² Niederschlag, regnet es nur 15 Minuten lang mit dieser Rate, sind es dann nur 2,5mm / 2,5Liter/m². Beschreibung der Bildprodukte Produktzeit & Legende In der linken oberen Ecke wird immer die Produktzeit in UTC angegeben. Die Produktzeit bezieht sich stets auf die letzte enthaltene meteorologische Information; je nach Produkt sind Daten aus der letzten Minute (WX, EuRadCom), der letzten 5 Minuten (LMAX, Blitze), bis hin zu 15 Minuten (PM) der Produktzeit zugeordnet. Die Produktlegende am unteren Bildrand enthält angrenzend zum Produktbild immer die Farbtabelle mit den verwendeten Niederschlagsklassen und wenn im Produkt vorhanden ganz rechts das Symbol für die erfassten Blitze. In der untersten Zeile finden Sie die Angaben über die dargestellten Radar- und Blitzdaten. Die vollständige Zeitangabe mit Wochentag, Datum, Monat und Jahr wird nochmals unten in der Produktlegende wiederholt. Geographische Informationen In allen Radar- und Blitzbildern (vgl. Abb. 1 4,) wird als Kartenunterdruck ein Satellitenreliefbild verwandt, um die Orographie hervorzuheben. Zur Orientierung finden Sie in allen Produkten Gitternetze mit Längenund Breitenangaben, Flüsse und Grenzen, größere Städte und in den regionalen und lokalen Karten auch die wichtigsten Europastraßen, sowie internationale Flughäfen und Regionalflughäfen mit ICAO-Kennung. Die geographischen Informationen sind dabei bewusst auf wenige Farben und Graustufen beschränkt, um möglichst differenziert die meteorologischen Informationen darstellen zu können.
Interpretation & Nutzung der Produkte Meteorologische Informationen Die Radar- und Blitzbilder zeigen die flächige Niederschlagsverteilung und in den lateralen Vertikalschnitten (LMAX) zusätzlich die vertikale Struktur von fallendem Niederschlag. Zudem werden erfasste Blitze dargestellt (Abb. 4). Durch die Animation von mehreren Radarbildern in Folge kann sehr gut die aktuelle vorherrschende Windströmung gezeigt und Zugrichtung von Niederschlagsgebieten und Frontensystemen extrapoliert werden. Bei konvektiven Wetterlagen geben die Intensivierung der Niederschläge Hinweis auf beginnende Konvektion und bevorstehende Gewitter. Abb 4: Gewitterlinie zwischen Genua und Bologna im Alpenausschnitt des europäischen Radar-Komposits EuRadCom. Sicherheit: Fachliche Grenzen der Produkte Bei der Nutzung von Radar- und Blitzbildern sind folgende sicherheitsrelevanten Beschränkungen der Produkte zu beachten. Radarabdeckung: Nur im Erfassungsbereich der Wetterradare liegen meteorologische Informationen vor. Die Grenze dieses Bereiches wird in den Produkten durch eine magentafarbene Line dargestellt, nicht abgedeckter Raum durch eine halbtransparente Schicht abgedunkelt. Außerhalb der Abdeckung könnten sich also im Produkt unsichtbare Niederschlagsgebiete oder starke Konvektion befinden, nur Blitzdaten können noch Hinweise auf Gewitter außerhalb der Radarerfassung geben. Zu beachten ist, dass die Radarabdeckung aus verschiedenen Gründen von Bild zu Bild variieren kann. Unter dem Radar: Bedingt durch die Geometrie der Radarabtastung und die Erdkrümmung ist die unterste Niederschlagsmessung ortsabhängig meist zwischen1000-3000 m ü. NN. Insbesodere im Winter tiefliegende Wolken mit leichtem Schneefall im Winter oder tiefe Wolken in den Tälern der Alpen werden häufig nicht vom Wetterradar erfasst. Keine Wolkenerkennung: Die deutlich kleineren Wolkentropfen werden im Gegensatz zum Niederschlag nicht vom Wetterradar erfasst, daher sind Radarprodukte nur stark eingeschränkt geeignet, sich über den aktuellen Sicht- und Bewölkungszustand zu informieren. Nutzen Sie Radar- und Blitzbilder für Ihre Flugplanung um Unwetter auf der gewählten Flugstrecke zu vermeiden. Nutzen Sie Radar- und Blitzbilder nicht während des Fluges um Unwetter zu umfliegen oder linienförmig angeordnete Gewitterzellen zu durchfliegen diese Produkte sind kein Ersatz für ein Onboard-Wetterradar und liefern keine Echtzeitinformationen über sich rasch verändernde Gefahrensituationen.
Störungen und nicht-meteorologische Radarechos Neben Niederschlag gibt es auch eine Reihe von nicht-meteorologischen Ursachen für Radarechos: Bodenechos: Wenn sie vom Radarstrahl getroffen werden, reflektieren der Erdboden und sein Bewuchs sowie Häuser, Kamine, Hochspannungsleitungen etc. einen Teil der Strahlung zurück und sind dann als Bodenechos (englisch: clutter) auf den Radarbildern zu erkennen. Da sich insbesondere der Bodenbewuchs zeitlich verändert und die Rückstreueigenschaften durch Nässe stark verändert werden, sind Bodenechos nicht in allen Bildern gleich stark. Der Clutter kann mit Filtern teilweise eliminiert werden. Schiffe, Flugzeuge & Windenergieanlagen: Die Filterung des Bodenclutters erfolgt vor allem durch die Doppler-Geschwindigkeitsmessung ein hoher Turm bewegt sich nicht. Windmühlen, Flugzeuge und große Containerschiffe allerdings schon, so dass gerade diese immer wieder als einzelne Störungen in den Bildern auftauchen. In Abb. 5 sieht man beispielsweise in der Tagessumme deutlich die Schifffahrtsrouten im Fehmarnbelt, sowie den Nysted Offshore Windpark. Düppel/Chaff: Bei militärischen Übungen werden kleine, meist metallhaltige, Streupartikel gezielt freigesetzt, um feindliche Flugabwehr-Radars zu verwirren. Insbesondere über Nordund Ostsee, sowie im Pfälzerwald sind derartige Phänomene manchmal zu beobachten. Die Streupartikel bewegen sich mit dem Wind in der entsprechenden Höhe, breiten sich dabei aus und sinken (wie Niederschlag) zu Boden. Biologische Störungen: Insbesondere im Sommer können in den untersten 2 km starker Pollenflug, Insekten, aber auch Vogelschwärme zu störenden Radarechos führen, die meist durch marginale Echos konzentrisch um die Radarstandorte auffallen. Senderstörungen: Die Radar-Frequenzen für Wetterradare sind über die Bundesnetzagentur registriert und geschützt. Trotzdem kommt es immer wieder vor, das Störsender zumeist WLAN und Funkanlagen zu permanenten Störungen führen die sich meist als ortsfeste Speichen im Radarbild manifestieren, solange bis der Störer gefunden und abgeschaltet wird. Abb. 5 24h-Summe der Radarmessungen an einem wolken- und niederschlagsfreien Tag Kiel Rostock Lübeck Offshore Windpark Schifffahrtsrouten Alle Radarbilder werden im pc_met Internet Service unter www.flugwetter.de angeboten. Nutzen Sie auch die Flugwetter APP kurz vor Ihrem Flug. Weitere Informationen unter www.dwd.de/app. Sie haben noch keinen Zugang zu den Flugwetterdaten des DWD? Hier können Sie sich anmelden: www.dwd-shop.de. Damit sind Sie nach den aktuellen SERA-Richtlinien perfekt gebrieft.
Deutscher Wetterdienst Abteilung Flugmeteorologie Frankfurter Straße 135 63067 Offenbach Tel: +49 (0) 69 / 8062-2695 Fax: +49 (0) 69 / 8062-11925 E-Mail: luftfahrt@dwd.de Über www.dwd.de gelangen Sie auch zu unseren Auftritten in: DWD Auflage 04/2016