Wolken- und Niederschlagsfernerkundung bei drei Radar-Wellenlängen

Am Meteorologischen Institut der LMU München haben wir kürzlich neben unserem bestehenden scannenden Wolkenradar zwei weitere Wolkenradare mit unterschiedlichen Wellenlängen installiert (mehr zur Mess-Plattform). Das KaMACS-Wolkenradar mit einer Wellenlänge von 8 mm wird nun durch WMACS mit 3 mm und XMACS mit 3 cm Wellenlänge ergänzt .

Das obere Bild zeigt einen Tag im März, an dem eine frontale Störung den ganzen Tag über den Raum München zog - mit eingelagerten Schauern bevor der Hauptniederschlag nach 21 Uhr UTC durchzog. Die quantitativen Unterschiede in der Empfindlichkeit zwischen den drei Radaren werden sichtbar. Qualitativ sind die Hauptmerkmale jedoch in allen Beobachtungen vorhanden, da alle drei Radare zur Familie der „Wolkenradare“ gehören, die sensitiv sind auf Wolken- und Niederschlagspartikel. Das ist anders bei „Niederschlagsradaren“, die von Wetterdiensten eingesetzt werden, um Niederschlagsfelder (und nur diese) über große Entfernungen zu erkennen.

Radargeräte mit kürzerer Wellenlänge sind zwar empfindlicher für kleinere Eispartikel und Tröpfchen, aber ihre Signale werden bei starkem Regen auch stärker abgeschwächt. Das Radar mit größerer Wellenlänge hingegen kann selbst bei starkem Regen (bis zu ca. 80 mm/Std.) die gesamte Wolke beobachten. Aus der Kombination von drei Wellenlängen lässt sich auch die Größe von Regentropfen und Schneeflocken ableiten, da sie die Radarwellen unterschiedlich streuen und daher charakteristische Signale erzeugen.

Mit zwei der Wolkenradare kann auch gescannt werden, wobei für Langzeitstatistiken auch immer Beobachtungen in senkrechter Zenitperspektive gesammelt werden. Aus den Scans können wir zum Beispiel Windgeschwindigkeit und -richtung innerhalb der Wolke ableiten, aber auch die räumliche Struktur von Wolken und Niederschlag analysieren. Auch polarimetrische Signaturen von unterschiedlich geformten Eiskristallen (Tropfen, Eis-Platten, -Nadeln, -Säulen, -Flocken) können nur durch eine schräge Ausrichtung der Antenne erfasst werden.

Weitere Beobachtungen finden Sie in unserem Data Browser (suchen Sie nach „3radar“ oder den Akronymen WMACS, KaMACS, XMACS). Wir stellen Messdaten im Rahmen des EU-Infrastrukturprojektes ACTRIS (www.actris.eu) auch der internationalen Forschergemeinschaft zur Verfügung (Link: Cloudnet). Mit den Messungen zahlreicher anderer europäischer Stationen werden standardisierte Wolkenparameter abgeleitet. Sie ermöglichen statistische Langzeituntersuchungen von Wolkenprozessen, die wiederum eine wichtige Voraussetzung für die langfristige Verbesserung von Wetter- und Klimamodellen liefern.

Das untere Beispiel zeigt einen weiteren Fall vom 6.Juli 2025. Ein Sommerfall mit konvektiven Schauern, einer ausgeprägten „Schmelzschicht“ und einer überraschend großen Menge von Insekten bis in 2 km Höhe knapp unter dem Gefrierpunkt (Schmelzhöhe). Sie sind am besten in den XMACS-Daten mit der längsten Wellenlänge sichtbar, was darauf hindeutet, dass ihre Größe selbst im Bereich von einem bis mehreren Zentimetern liegt. Die Streifen im unteren WMACS-Bild sind das Ergebnis regelmäßiger Scanning-Aktivitäten, d. h. von Zeiten, in denen das Radar nicht vertikal ausgerichtet ist.