3D-Messung der Emissionshöhe

Bisher war die Messung von Wolkeblitzen nur mit extrem aufwändigen und teuren Hochfrequenz-Messsystemen (VHF/HF) möglich. Hinzu kommt, dass die Sensoren in einem Hochfrequenz-Messnetz aus physikalischen Gründen einen deutlich geringeren Abstand zueinander aufweisen müssen, denn hochfrequente Strahlung wird in der Atmosphäre schnell gedämpft. Damit ist eine großflächige Abdeckung nur schwer realisierbar.

nowcast hat ein Verfahren entwickelt (patentiert), mit dem die zuverlässige Identifizierung von Wolkeblitzen auch im Niederfrequenzbereich möglich ist. Darüber hinaus kann LINET auch die exakte Höhe des Wolkeblitzes bestimmen – bei einem mittleren Sensorabstand von rund 200 km.
 

Großflächige 3D-Daten eröffnen neue Möglichkeiten

Die konsequente Erfassung der Höhe von Wolkeblitzen bildet die Basis für die Einschätzung der Schwere von Gewittern. Erstmals können Gewittersituationen großflächig über ihren gesamten Lebenszyklus von der Entstehung bis zum Zerfall vollumfänglich beobachtet und analysiert werden. Denn die Erfassung der Wolkeblitze und deren Höhe sind ein wesentlicher Faktor um die Schwere von Gewittern beurteilen zu können. Neben dem Verhältnis von Wolke- zu Bodenblitzen gibt nämlich auch die Höhe einer Gewitterzelle Aufschluss: Steigt die durchschnittliche Höhe einer Zelle signifikant an, kann man von einem stark konvektiven Bereich ausgehen, in dem sich neben Blitzen häufig auch Hagel und Starkregen bildet. Ein klares Warnsignal für Wetterdienste, Luftfahrt oder industrielle Einrichtungen, die mit dieser Erkenntnis rechtzeitig erforderliche Maßnahmen einleiten können.

 

Details zur 3D-Messung

Unterschiedliche Emissionshöhe der niederfrequenten elektromagnetischen Strahlung bei Boden- (li.) und Wolkeblitz (re.)

Wolkeblitze treten auf, wenn sich genügend starke gegenpolige Ladungszentren in einer Gewitterwolke gebildet haben. Demzufolge geht die an den Blitzmessantennen empfangene Strahlung von einem Bereich aus, welcher sich viele Kilometer über dem Erdboden in der Wolke befindet. Daher verlängert sich die Signallaufzeit von Wolkeblitzen vom Emissionsort in der Wolke bis zur Antenne. Ein Bodenblitz, welcher bei gleicher 2D-Position sehr bodennah abstrahlt, erreicht die Antenne hingegen schneller. Dieser Unterschied in der Signallaufzeit ist zwar gering, lässt sich aber bei ausreichend präziser Konzeption aller beteiligten Komponenten des Messsystems mit Hilfe des patentiert Verfahrens zuverlässig erfassen. Die Sensordistanzen sollten für eine zuverlässige Höhenermittlung innerhalb von 150-250 km liegen. Diese Bedingungen sind in alle Kernbereichen des europäischen LINET-Messnetzes der nowcast GmbH erfüllt.

Alternative Methoden zur Diskriminierung basieren auf der Analyse der Signalformen und hängen von Signalhöhe und Polarität ab. Es hat sich jedoch gezeigt, dass große Unsicherheiten in der Diskriminierung insbesondere bei schwachen und positiven Signalen entstehen. Die Methode der nowcast GmbH bietet eine zuverlässige Alternative.

Seit 2004 wendet die nowcast GmbH dieses 3D-Verfahren erfolgreich im Echtzeitbetrieb an (Referenz: Betz et al., „Lightning Detection with 3D-Discrimination of Intracloud and Cloud-to-Ground Discharges“, J. Geophys. Res. Lett., Vol. 31, L11108, doi:10.1029/ 2004GL019821, 2004). Kein anderes kommerzielles Blitzortungssystem weltweit bietet eine derartige Vielseitigkeit.

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