Messung der Wolkenhöhe (Wolkenuntergrenze) und der Sichtweite
David B. Scholz
ich hätte da mal eine Frage :
Flughäfen geben bei ihren Wetterdaten auch die Höhe der einzelnen
Wolkenschichten in Fuß an. Wie wird diese Angabe gemessen ? Von oben
(Radiosonden, Satelliten ?) oder vom Boden aus ? Ich glaube eher daran, dass
die Messung vom Boden aus stattfindet, weil bei Nebel meist "vertical
visibility not determined" oder "vertical visibility not known" angesagt
wird.
Wie sieht's aus bei der Messung der Sichtweite ? Sind das nur
Schätzungswerte mithilfe von irgendwelchen markanten Punkten irgendwo in der
Landschaft oder gibts da auch eine technische Möglichkeit für ?
Es wäre toll, wenn jemand auf diese Fragen eine Antwort wüsste. Ich rätsle
schon seit Jahren über diese Sachverhalte und gerade habe ich das rätseln
aufgegeben. Dashalb frage ich jetzt euch :-)
--
MfG,
David Scholz aus Dortmund
M. Baier
Ein erfahrener Meteorologe kann die Wolkenhoehe meist grob schaetzen,
insbesondere, wenn es sich um niedrige Wolken handelt. Sind dann noch hohe
Gebaeude oder Berge vorhanden, bis zu denen die Wolken herabreichen dann laesst
sich die Hoehe der Wolkenuntergrenze schon recht genau abschaetzen.
Die Wolkenbasis laesst sich nachts mit Scheinwerfern und Tags mit Lasern
bestimmen, die die Wolken von unten her anstrahlen. Der sich ergebende Fleck
wird angepeilt und mit Hilfe von Winkel und bekannter horizontaler Entfernung
vom Strahler ergibt sich die Hoehe.
Dass Du bei Nebel meist VV/// gemeldet bekommst liegt daran, dass sich dann der
Flughafen in der Wolke befindet.
2. Die Sichtweite wird fuer grosse Sichtweiten >5km anhand von Sichtmarken
geschaetzt. Der Wetterbeobachter benutzt dazu eine Tafel mit markanten Punkten
und eingezeichneten Entfernungsringen. Bei Sichtweiten unter 5km wird neben
diesem Verfahren auch noch das Transmissiometer eingesetzt, dass aus der
Truebung der Luft (Nebeltroepfchen, o.a.) auf einer kleinen Strecke (ca. 50cm)
die Sichtweite ausrechnet.
Brgds
Matthias
Karsten Stegelmann
> Flughäfen geben bei ihren Wetterdaten auch die Höhe der einzelnen
> Wolkenschichten in Fuß an. Wie wird diese Angabe gemessen ? Von oben
> (Radiosonden, Satelliten ?) oder vom Boden aus ? Ich glaube eher daran,
dass
> die Messung vom Boden aus stattfindet, weil bei Nebel meist "vertical
> visibility not determined" oder "vertical visibility not known" angesagt
> wird.
Die Wolkenhöhe wird tatsächliche "von unten" bestimmt. Je nachdem mit wem du
dich unterhältst fallen die Begriffe Wolkenhöhenmesser, Cloud Height Meter
oder Ceilometer (frag mich nicht woher das kommt, an dieser Stelle bleibe
ich simpel).
Das Messverfahren wird mit LIDAR (Light Detection And Ranging) beschrieben.
Üblicherweise wird ein kurzer LASER-Puls senkrecht nach oben abgegeben.
Zusätzlich zum Sender ist ein Empfänger im Gerät integriert. Dieser "wartet"
auf reflektiertes/zurück gestreutes Licht. Je nach vergangener Zeit zwischen
Aussendung und Empfang, lässt sich ein Rückschluss ziehen, wie weit das
Objekt, das in der Lage war Licht zu reflektieren/zu streuen, entfernt ist
(Laufzeit und Lichtgeschwindigkeit sind bekannt).
Eingehende Signale werden fortlaufend erfasst, sodass sich ein
Empfangsprofil erzeugen lässt.
Laufzeit -> Entfernung -> Höhe der Wolkenunterkante über dem Gerät.
Wenn es so einfach wäre. Dazwischen liegen etliche Algorithmen (hier folgt
keine technische Tiefe).
Je nach Beschaffenheit der "ersten Wolke" überlebt der LASER-Puls diese, und
etwaige höher liegende Wolkenschichten können ebenfalls detektiert werden.
Obacht: Die Signale höherer Wolkenschichten müssen nach ihrer
Reflektion/Streuung die tieferliegenden Wolkenschichten erneut durchlaufen,
um wieder am Gerät "anzukommen" und dort erfasst zu werden.
> Wie sieht's aus bei der Messung der Sichtweite ? Sind das nur
> Schätzungswerte mithilfe von irgendwelchen markanten Punkten irgendwo in
der
> Landschaft oder gibts da auch eine technische Möglichkeit für ?
Klar, Sichtmarken wurden verwendet, werden verwendet und werden wohl auch
immer verwendet werden.
Wer verwendet diese? Ein Beobachter. Auch Wolkenhöhen, Wolkenarten und
Bedeckungsgrad lassen sich von Beobachtern bestimmen. Es werden jedoch immer
häufiger Systeme eingesetzt, die diese Daten ermitteln. Das hat
unterschiedliche Gründe und findet bei allen Beteiligten eine ganz
unterschiedliche Resonanz. Anderes Thema, ich bleibe simpel.
Sichtweite auf Flughäfen wird durch Transmissometer und/oder
Streulichtmessgeräte ermittelt.
Beim Transmissometer stehen sich ein Lichtsender und ein Lichtempfänger
gegenüber. Der Sender sendet mit gleichbleibender Intensität. Die Entfernung
der beiden hängt von unterschiedlichen Randbedingungen ab und liegt zwischen
15 und 100 Metern (das sind keine absoluten Grenzen, nur um mal ein Gefühl
zu bekommen). Ist die Sicht zwischen Sender und Empfänger eingeschränkt,
erreicht weniger Licht den Empfänger als im uneingeschränkten Fall. Es folgt
die Beachtung von physikalischen Gesetzen und Mathematik und es entsteht ein
Wert für die Sichtweite. Ganz grob: Je weniger Licht am Empfänger, desto
"schlechter" die Sicht.
Streulichtmessgeräte bestehen wieder aus Lichtsender und -empfänger. Diese
sind allerdings auf sehr viel geringeren Entfernungen zueinander angeordnet
und "schauen" sich nicht direkt an. Der Empfänger ist auf gestreutes Licht
ausgerichtet. Sind z.B. in Nebelsituationen mehr streufähige Teilchen
vorhanden, so wird mehr "Licht gestreut" und der Empfänger "sieht" mehr.
Ganz grob: Je mehr Licht am Empfänger, desto "schlechter" die Sicht.
Diese Geräte sind, je nach Flughafen oder -platz, an mehreren Stellen
entlang der Piste platziert. Meist in der Nähe der "Touch-Down"-Zonen und
eventuell noch auf halber Länge der Piste. Große Flughäfen setzen aus
Gründen der Redundanz auch mal gedoppelte Systeme ein.
Wie eingangs beschrieben und darauf berufe ich mich: Mal ganz simpel und
ohne in die technische Tiefe gehen zu wollen.
Bei mehr Interesse: www.vaisala.com . Folge dem Begriff AVIATION WEATHER und
schau dich um.
--
Karsten Stegelmann
Hamburg - Germany
David B. Scholz
Vielen Dank noch mal !
Ingo Thies
du schriebst am 31.07.02:
> Beim Transmissometer stehen sich ein Lichtsender und ein
Lichtempfänger
> gegenüber. Der Sender sendet mit gleichbleibender Intensität. Die
> Entfernung der beiden hängt von unterschiedlichen Randbedingungen ab
und
> liegt zwischen 15 und 100 Metern (das sind keine absoluten Grenzen,
nur
Gibt es eigentlich eine feste (in einer Formel ausdrückbare) Beziehung
zwischen Sichtweite und Halbwertsstrecke, innerhalb der ein Lichtstrahl
(sagen wir im grünen Bereich) noch zur Hälfte durchkommt? Ich vermute
mal, daß die Sichtweite nicht identisch ist mit der Halbwertsstrecke,
aber evtl. ist sie proportional zu dieser?
--
Gruß, Ingo
Karsten Stegelmann
> zwischen Sichtweite und Halbwertsstrecke, innerhalb der ein Lichtstrahl
> (sagen wir im grünen Bereich) noch zur Hälfte durchkommt? Ich vermute
> mal, daß die Sichtweite nicht identisch ist mit der Halbwertsstrecke,
> aber evtl. ist sie proportional zu dieser?
Nun gut, wagen wir einen Schritt in Richtung Details.
Es folgt ein Auszug aus [VDI 3786 Blatt 6], Mai 1999:
...
A Lufttrübung
...
Die Schwächung hängt von der Wellenlänge der Strahlung sowie von der Dicke
und Beschaffenheit der durchstrahlten Luftschicht ab und kann mit dem Gesetz
von BOUGUER, LAMBERT und BEER beschrieben werden:
I =I0 * e^(-z('lamda')*r)
I
Lichtstärke am Ende der durchstrahlten Luftschicht
I0
Lichtstärke am Anfang der durchstrahlten Luftschicht
z('lambda')
Extinktionskoeffizient der Luft für die Wellenlänge 'lambda'
r
Dicke der durchstrahlten Luftschicht
...
B Normsichtweite
Eine weitere Möglichkeit zur Beschreibung des Trübungszustandes der
Athmosphäre ist durch die Normsichtweite VN gegeben. Für ein absolut
schwarzes Sichtziel bei Tag wird die Sichtweiteformel von KOSCHMIEDER
verwendet.
V= 1/z * ln(1/K')
Für die Leichtdichte-Kontrastschwelle K' des Auges eines normalsichtigen,
geübten Beobachters wurde von KOSCHMIEDER ein Wert von K'=0,02 festgelegt
(Für Zwecke des Flugwetterdienstes wurde wegen der besonderen
Beobachtungsbedingungen ein Wert von K'=0,05 empfohlen). Die mit diesem Wert
ermittelte Sichtweite wird Normsichtweite VN genannt:
VN= 1/z * ln(1/0,02) = 3,912 * 1/z
...
...
Und so weiter und so fort.
--
Karsten Stegelmann
Ingo Thies
du schriebst am 12.08.02:
> Wert ermittelte Sichtweite wird Normsichtweite VN genannt:
> VN= 1/z * ln(1/0,02) = 3,912 * 1/z
m.a.W. Innerhalb von VN wird die Intensität auf 1/50 (bzw. 1/20)
reduziert. Allerdings verträgt sich das nur schwer mit anderen Daten,
z.B. einem Graphen G.C. Messenger, M.S. Ash "The Effects of Radiation on
Electronic Systems" im Kapitel über allgemeine Wirkungen von
Nuklearexplosionen.
Die rel. Intensität I/I0 bei "10-mile visibility" (VN=10 mi) beträgt da
noch 0.9 auf 0.2 Meilen, was I(VN)/I0=0.59 entspricht, während bei 6
Meilen im Diagramm bereits 0.5 unterschritten wird, was I'(VN)/I0=0.31
entspricht. Ähnlich seltsam ist die 50-Meilen-Kurve.
Selbst wenn man berücksichtigt, daß die thermische Strahlung der
Explosion ihr Maximum nicht im Sichtbaren hat, so wäre in diesem
Diagramm doch ein konstanter Faktor (bzw. Offset im Logarithmus) zu
erwarten (da im Diagramm ja nur die Abhängigkeit I/I0 von r behandelt
wird).
Daher hatte ich die Vermutung, daß I von VN eventuell über eine
kompliziertere Funktion als exp abhängt.
Werden in den USA eventuell andere Werte/Funktionen für I(VN) verwendet?
--
Gruß, Ingo
Karsten Stegelmann
> reduziert.
> ... , was I(VN)/I0=0.59 entspricht, während bei 6
> Meilen im Diagramm bereits 0.5 unterschritten wird, was I'(VN)/I0=0.31
Ich kann dir leider nicht folgen.
> z.B. einem Graphen G.C. Messenger, M.S. Ash "The Effects of Radiation on
> Electronic Systems" im Kapitel über allgemeine Wirkungen von
> Nuklearexplosionen.
Diesen Graphen kenne ich nicht, damit scheide ich aus dieser Diskussion wohl
aus.
Ich dachte es ging um Sichtweite.
--
Karsten Stegelmann
Ingo Thies
du schriebst am 12.08.02:
>> ... , was I(VN)/I0=0.59 entspricht, während bei 6
>> Meilen im Diagramm bereits 0.5 unterschritten wird, was I'(VN)/
I0=0.31
>> entspricht ...
> Ich kann dir leider nicht folgen.
Damit wollte ich ausdrücken, daß in der genannten Quelle die
Halbwertsstrecke offenbar Entfernungsabhängig ist und somit die genannte
Quelle offenbar mit einer anderen als einer Exponentialbeziehung
arbeitet.
> Diesen Graphen kenne ich nicht, damit scheide ich aus dieser
Diskussion
> wohl aus.
> Ich dachte es ging um Sichtweite.
Primär geht es mir auch darum, aber o.g. Buch war bisher meine einzige
Quelle dazu, weil sogar eine längere Google-Recherche damals nichts
brachte. Jetzt habe ich noch woanders was gefunden:
http://www.google.com/url?sa=U&start=2&q=http://www.hydromech.uni-
hannover.de/Mitarbeiter/MDORF/Gigawind.data/Berichte%26Downloads/
sichtsy051.pdf&e=42
Das hat wohl mehr mit visueller Sichtweite (die mich schon vom
astronomischen Standpunkt her mehr interessiert als die Durchlässigkeit
von Wärmestrahlung (obwohl im o.g. Zusammenhang auch Licht darunter
fällt, aber eben nicht nur).
Allerdings ist in dem Text ein Fehler; der Kontrastschwellenwert 0.05
ist falsch, es muß 0.02 heißen, da ja der Logarithmus 3.912 = ln(50)
verwendet wird.
Mir ist aber nochwas anderes eingefallen, was evtl. das Paradoxon lösen
kann:
Der Kontrast nimmt ja sicher anders ab als die Intensität. Der Kontrast
eines schwarzen Objektes gegen den Hintergrund kann ja schon durch
relativ wenig Streulicht merklich geschwächt werden. Da der Hintergrund
ja der Himmel selbst ist, ist der Kontrast-Faktor zwischen fernem
schwarzen Objekt und Himmelshintergrund *unabhängig* von der optischen
Dichte der Luft, abgesehen von extrem hohen Werten und der 0 (im
Weltraum wäre der Kontrast nämlich immer 0).
Für selbstleuchtende Objekte (z.B. Sterne, die in bestimmten Sichtwinkel
durch eine bestimmte Luftschicht hindurch betrachtet werden oder eine
terrestrische Lichtquelle in Bodennähe im Abstand r) ist die
Koschmieder-Formel wohl nicht anwendbar.
Von daher würden mich Meßwerte zur Extinktion für selbstleuchtende
Objekte noch mehr interessieren. Aber vielleicht liest hier ja doch
jemand mit, der evtl. was über den Zusammenhang von Sichtweite (bei
gegebener Atmosphärendichte; so sehr ändert sich die ja nicht ;)) und
Extinktion weiß. Gibt es evtl. eine analoge Sichtweitenformel für Nacht?
--
Gruß, Ingo