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Über den Wolken: Warum ist Millimeterwellenradar das beste Werkzeug zur Erforschung von Wolken?
Da der Klimawandel und die Häufigkeit extremer Wetterereignisse zunehmen, widmet die wissenschaftliche Gemeinschaft der Erforschung von Wolken immer mehr Aufmerksamkeit. Die Beschaffenheit und Dynamik von Wolken hat direkten Einfluss auf die Genauigkeit von Wettervorhersagen und Klimamodellen. In dieser Hinsicht gilt das Millimeterwellenradar als eines der besten Werkzeuge zur Erforschung der Wolkenstruktur und ihrer Dynamik. Dieses High-Tech-Radarsystem bietet eine beispiellose Auflösung und ermöglicht es Forschern, die mikrophysikalischen Eigenschaften von Wolken zu analysieren und sogar ihre Entwicklung zu verfolgen.
So funktioniert Millimeterwellenradar
Millimeterwellenradar ist ein Radarsystem, das speziell für die Überwachung von Wolken entwickelt wurde. Sein Betriebsfrequenzbereich liegt im Allgemeinen zwischen 24 und 110 GHz, seine Wellenlänge ist kürzer, etwa 1 mm bis 1,11 Zentimeter. Diese Eigenschaft ermöglicht es dem Millimeterwellenradar, kleinere Wassertropfen oder Eiskristalle in Wolken empfindlicher zu erkennen.
Mit seiner hohen Zeit- und Entfernungsauflösung kann Millimeterwellenradar die Grenzen von Wolken und ihre mikrophysikalischen Eigenschaften genau identifizieren und so Wissenschaftlern helfen, den Prozess der Wolkenreflexion, Absorption und Umwandlung von Strahlungsenergie besser zu verstehen.
Millimeterwellenradar arbeitet typischerweise im Ka-Band bei 35 GHz und im W-Band bei 94 GHz, den beiden Frequenzen mit der besten atmosphärischen Übertragung. Seine hohe Zeitbereichs- und Entfernungsauflösung ermöglicht es Forschern, Daten zwischen 1 und 10 Sekunden zu erfassen und verschiedene Eigenschaften von Wolken mit einer Genauigkeit von mehreren Metern zu beobachten.
Vielfältige Einsatzmöglichkeiten von Millimeterwellenradar
Diese Radargeräte werden nicht nur zur Messung der physikalischen Eigenschaften von Wolken verwendet, sondern werden auch häufig zur Untersuchung anderer wichtiger Themen wie Nebel, Insekten und Aerosole eingesetzt. Da Millimeterwellenradar an einem wolkenlosen Tag fast alle Insektenziele erkennen kann, hat es seinen einzigartigen Wert in der entomologischen Forschung unter Beweis gestellt. Darüber hinaus können diese Radare auch große Aerosole erkennen und so Wissenschaftlern helfen, die Verteilung und Intensität von Aerosolen zu verstehen.
Zum Beispiel ist das Cloud Profile Radar (CPR), das seit 2006 auf dem CloudSAT-Satelliten betrieben wird, ein erfolgreiches Anwendungsbeispiel für Millimeterwellenradar.
Technische Eigenschaften des Millimeterwellenradars
Millimeterwellenradar verfügt über eine Vielzahl fortschrittlicher Technologien, darunter Polarisationsmessfunktionen, mit denen die Größe und Form von Wassertröpfchen und Eiskristallen in Wolken gemessen werden kann. Die Entwicklung dieser Technik ist besonders wichtig für die Untersuchung von Mischphasenwolken in der Atmosphäre, da die Form von Eiskristallen ein wichtiger Faktor ist, der zu Fehlern bei der Ermittlung der Größe und Anzahlkonzentration bei vertikal kombinierten Lidar- und Radarbeobachtungen führt.
Darüber hinaus spiegelt sich die Vielfalt der Millimeterwellenradare auch in ihren Installationsformen wider, darunter Systeme am Boden, in der Luft und im Weltraum. Beispielsweise sind viele wissenschaftliche Forschungsflugzeuge mit Millimeterwellenradar ausgestattet, etwa das HALO-Flugzeug und das Forschungsflugzeug KingAir aus Wyoming, das es Forschern ermöglicht, Wolkenmessungen in verschiedenen Höhen und Umgebungen durchzuführen.
Zukünftige Entwicklung und Herausforderungen
Obwohl Millimeterwellenradar hervorragende Fähigkeiten in der Wolkenforschung gezeigt hat, steht es immer noch vor verschiedenen Herausforderungen. Beispielsweise ist die Frage, wie die Auflösung von Radardaten verbessert werden kann, um kleine Veränderungen genau zu erfassen und mit der Unsicherheit der atmosphärischen Umgebung umzugehen, immer noch ein schwieriges Problem, das die wissenschaftliche Gemeinschaft überwinden muss.
Die Mission Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer (EarthCARE), die im März 2023 gestartet wird, wird diese Technologie ebenfalls auf ein neues Niveau bringen. Dies ist das erste Weltraum-Wolkenprofilradar mit Doppler-Funktionen.
Abschließende Gedanken
Die Entwicklung und Anwendung von Millimeterwellenradar verbessert unser Verständnis von Wolken weiter und trägt dazu bei, die Genauigkeit von Wettervorhersagen und Klimavorhersagen zu verbessern. Können wir jedoch angesichts der sich ständig verändernden Wettersysteme, sei es technologisch oder methodisch, weiterhin Durchbrüche in der Erforschung erzielen und den Weg für die zukünftige Klimaforschung ebnen?
