Polarimetrisches Radar

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Als Polarimetrisches Radar wird eine spezielle Art von Niederschlagsradar bezeichnet, welches sich durch die Besonderheit auszeichnet, dass es unterschiedlich polarisierte elektromagnetische Wellen aussendet und empfängt. In der Praxis werden meistens polarimetrische Radare eingesetzt, die horizontal und vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen aussenden und die zurückreflektierten Wellen in diesen beiden Polarisationen simultan empfangen.

Herkömmliche Niederschlagsradare sind in der Lage die Intensität des zurückgestreuten Signals (und damit des Niederschlags) festzustellen und die Geschwindigkeit des Niederschlags in Richtung des Radars. Durch die Verwendung unterschiedlicher Polarisationen erhält man zusätzliche Informationen, um eine Aussage über die Form der Niederschlagsteilchen (Hydrometeore) zu treffen. Somit sind polarimetrische Radargeräte in der Lage die Niederschlagsteilchen zu klassifizieren.

[Bearbeiten] Arbeitsweise

Mit der horizontal polarisierten Welle wird die horizontale Ausdehnung der reflektierenden Objekte gemessen. Das Messergebnis des Empfangskanals für horizontal polarisierte wird als Z_H bezeichnet. Analog dazu mit der vertikal polarisierten Welle die vertikale Ausdehnung Z_V. Aus dem Verhältnis Z_H zu Z_V wird das differentielle Reflexionsvermögen Z_DR berechnet.

sphärische Form eines fallenden Regentropfens

Fallende Regentropfen haben durch den Luftwiderstand eine sphärische, abgeplattete Form. Ein fallender Regentropfen ist also immer etwas breiter, als hoch. Deshalb muss bei fallenden Regentropfen die horizontal polarisierte Komponente eine größere Reflektivität messen, als die vertikale Komponente. Ein Regengebiet hat also einen relativ großen Wert für das differentielle Reflexionsvermögen Z_DR.

Die Dielektrizitätskonstante von festem Eis beträgt nur etwa 20% von der des Wassers und die Partikelform hat deshalb beim Hagel eine viel kleinere Wirkung als beim Regen. Hagelkörner haben auch eine unregelmäßige Form und fallen taumelnd, manchmal sogar hochkant herunter. Deshalb wird das polarimetrische Radar eine größere vertikale Komponente Z_V bei einem sehr niedrigen Z_DR-Wert messen und so ein Hagelgebiet zweifelsfrei von einem normalen Regengebiet unterscheiden können.

[Bearbeiten] Blockschaltbild

Die Sendeenergie aus dem leistungsfähigen Generator wird im Leistungsteiler geteilt. Ein Teil wird zu einem Hornstrahler mit horizontaler Polarisation geführt, der andere Teil zu einem Hornstrahler mit vertikaler Polarisation.

Die Duplexer (hier: Ferritzirkulatoren) schalten die Antenne im Sendemoment an den Sender und in der Empfangszeit an den Empfänger. Im Sendemoment müssen sie den empfindlichen Empfänger vor der großen Sendeleistung schützen.

Die Antenne setzt die hochfrequente Energie des Senders in elektromagnetische Felder um und verteilt die Leistung in bestimmte Richtungen. Dieser Prozess ist umkehrbar für den Empfang der Echosignale. Die empfangene Energie hat annähernd die gleiche Polarisation, wie die gesendete Energie.

Die durch die Antenne empfangene Energie wird in zwei getrennten Empfangskanälen verarbeitet und im Radarsignalprozessor zu einem Wetterbild verarbeitet.

Der Umschalter zwischen den Leistungsteilern ermöglicht die phasenkorrekte Zusammenführung beider Leistungsteile und somit die Arbeit auf nur einer (hier gezeichnet: der horizontalen) Polarisationsebene. Der Empfangsweg wird dadurch nicht beeinflusst. Wegen möglicher Depolarisation wird der Empfänger trotzdem Echosignale auf der nicht gesendeten Polarisationsebene empfangen können.