Vorhersage starker Stürme mit Dopplerradaren

Der Dopplerradar wurde erstmals im Zweiten Weltkrieg zur Erfassung herannahender Flugzeuge verwendet. Forscher bemerkten, dass Regen ein ebenso starkes Signal erzeugt und so war die Idee vom Wetterradar geboren. Heute kombinieren Forscher der Essex Universität die Daten von zwei Radargeräten, um starke Stürme besser vorhersagen zu können.

Dopplerradargeräte senden Hochfrequenzradiowellen und empfangen die Wellen, die von Objekten in der Atmosphäre wie z.B. Regentropfen reflektiert werden. Zusätzlich können radiale Winde (zum und weg vom Radar) bestimmt werden, indem Frequenzveränderungen des reflektierten Signals analysiert werden, die infolge des Dopplereffekts auftreten. Verschiedene Hypothesen mussten erstellt werden, um die hohe Qualität der Informationen über das dreidimensionale Windfeld zu gewährleisten, welches nur die Daten eines Dopplerradars nutzt. Leider sind diese Hypothesen oft unausgereift und lassen sich auf viele wichtige Wetterphänomene nicht anwenden. Dies gilt besonders für ernstzunehmende Wetterlagen.

Auf Grundlage umfangreicher Kenntnisse über den Dopplerradar haben Mathematiker der Essex Universität DARWIN entwickelt. DARWIN bedeutet ausgeschrieben Doppler Analysis and Retrieval of Wind Information, d.h. Doppleranalyse und -abfrage von Windinformationen). Damit stellt man sich der Herausforderung, radiale Winddaten von komplementären Dopplerradargeräten zusammenzuführen. Die Anwendung der Kontinuitätshypothese ermöglicht die mathematische Einschränkung des Problems und die Herleitung des dreidimensionalen Windfeldes.

Auf Grundlage des neuen Modells wurde ein Softwareprototyp namens DARWIN entwickelt. Diese Software verfügt über eine nutzerfreundliche grafische Benutzeroberfläche (Graphical User Interface = GUI), welche den Anwender bei der Eingabe der Daten von den zwei Dopplerradaren unterstützt. Das rechteckförmige relevante Gebiet ist benutzerdefiniert. Auch ein Tool zur Visualisierung der Daten wurde integriert. Schließlich wurde DARWIN für den Betrieb in Echtzeit entwickelt.

Die Technologie wurde im Feld mit Radaren in der italienischen Region Emilia Romagna getestet. Für die Nutzung von DARWIN sind zwei Dopplerradargeräte erforderlich, die ca. acht Kilometer voneinander entfernt positioniert sind. Die Hauptanwendung liegt in der Vorhersage sehr starker Winde in Zusammenhang mit heftigen konvektiven Unwettern. Potenzielle DARWIN-Anwender sind nationale Wetter- und Zivilschutzdienste. Diese können die Öffentlichkeit mit Hilfe der Technologie rechtzeitig vor solchen extremen Wetterereignissen warnen.

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Dr Yong Kheng Goh
University of Essex
Wivenhoe Park
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