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Distrometer

Unsere Radargeräte haben jeweils eine große Wellenlänge im Verhältnis zum Streuerdurchmesser. Das Ziel ist es, dass sie im sogenannten Rayleigh-Bereich messen, in dem die zurück gestreute Energie proportional zur 6. Potenz des Durchmesser wächst. Um aus der so gemessenen Radarrefelektivität auf die Niederschlagsintensität zu schließen, ist es jedoch nötig, eine Einschätzung der Tropfengrößenverteilung (sogenanntes Tropfenspektrum) zu haben. Solche Tropfenspektren lassen sich mit Distrometern bestimmen.

Ein klassisches Distrometer wurde von Jürg Joss und Albert Waldvogel entwickelt. Von der Grundidee her arbeitet es zunächst ähnlich wie ein Mikrofon: Ein kleiner (und deshalb langsamer) Tropfen überträgt nur einen geringen Impuls auf die Messfläche. Je größer (und damit schneller) der auftreffende Tropfen ist, desto stärker ist der übertragene Impuls. Jeder einzelne Impuls wird detektiert, so dass daraus, unter der Annahme eines Fallsgeschwindigkeitsgesetzes (v(D)) die Anzahldichte der Tropfen pro Volumen bestimmt werden kann.

Um die Todzeit nach einem Tropfen zu minimieren, wird das gemessene (analoge) Signal zugleich wieder verwendet, die Membran über eine zweite Spule wieder in die Ruhelage zurück zu bringen. Das Joss-Waldvogel-Distrometer wird minütlich abgefragt. Es liefert für jeden detektierten Tropfen einen Rohwert zwischen 1 und 255 an den Auswerterechner, die dann in 20 Tropfengrößenklassen ausgewertet werden.

Während beim Joss-Waldvogel-Distrometer ein festes Fallgeschwindigkeitsgesetz vorausgesetzt werden muss (so dass das Gerät ausschließlich flüssigen Niederschlag messen kann), ist das Parsivel (aus "Partikel Size and Velocity" zusammengesetztes Kunstwort) in der Lage, Tropfengröße und -geschwindigkeit getrennt zu messen.

Dazu sendet es ein 28 mm breites und 1 mm hohe homogenes Laserband vom Sendekopf zum Empfangskopf. Gerät ein Hydrometeor (Oberbegriff für Teilchen aus Wasser in der Atmosphäre: Regentropfen, Hagel, Graupel, Schneeflocke, Wolkeneis, Wolkentropfen) in dieses Laserband, so streut er einen Teil des Lichts aus dem Strahl: Die empfangene Intensität geht zurück. Bei Hydrometeoren, die kleiner als die Bandhöhe (1 mm) sind, ist die Reduktion proportional zu ihrer Querschnittsfläche. Bei großen Teilchen ist sie proportional zur horizontalen Abmessung des Teilchens.

Aus der Dauer der Abschattung lässt sich, unter der Annahme, die Form der Teilchen sei hinlänglich bekannt, die Fallsgeschwindigkeit ableiten. Dabei wird bei Regentropfen berücksichtigt, dass diese bei Durchmessern von mehr als 1 mm zunehmend abplatten. Für Teilchen unbekannter Form ist die bestimmte Geschwindigkeit nur eine grobe Abschätzung. Es erweist sich aber trotzdem als möglich, verschiedene Niederschlagsformen (Regen, Schnee, Graupel, Hagel, Niesel) zu erkennen.

Abb.1: Das Diagramm zeigt die aus Tropfenspektren abgeleiteten Werte für Z und R für einen Tag. Basis sind jeweils Minutenwerte.

 


Spezifikationen des Distrometer RD-69
Tropfendurchmesser: 0.3 mm bis 5 mm
Messfläche: 50 cm²
Zusammenhang zwischen tropfendurchmesser D und Amplitude des Ausgangssignals:
Ucompr.: Ucompr.= 0.94 D1.47
(Ucompr. in Volts, D in Millimeter)
Genauigkeit: +/- 5% des gemessenen Tropfendurchmessers
Betriebsspannung: 115/230 V AC, 50-400 Hz, 5 VA
Betriebstemperatur: 0 °C bis 40 °C
Abmessung:
-transducer: 10 cm x 10 cm x 17 cm
-processor: 10 cm x 23 cm x 27 cm
Gewicht:
-transducer: 2.4 kg
-processor: 1.8 kg
Länge des Verbindungskabels zwischen transducer und processor: 10 m
Hersteller: Fa. DISTROMET LTD, Basel

Abb. 2: Das Joss-Waldvogel-Distrometer


Spezifikationen des PARSIVEL-Distrometer
Wellenlänge der Laserdiode: 780 nm
Leistund der Laserdiode: 3 mW
Abmessungen des Lichtbandes (B x H x T): 160 mm x 1 mm x 30 mm
Messfläche 48 cm²
Messbereich Durchmesser von Hydrometeoren*: 0.2 - 25 mm
Messbereich Geschwindigkeit von Hydrometeoren*: 0.1 - 20 m/s
Gewicht: 15 kg
Stromversorgung: 12 V, 600 mA
Schnittstelle: RS 232
Hersteller: Ott Messtechnik, Kempten

 

Abb. 3: Das PARSIVEL-Distrometer

* Hydrometeore = Tropfen und/oder Eispartikel