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Wie werden Wolken gemessen?

19. Dezember 2020
Themen: Über uns

MeteoSchweiz betreibt ein nationales und verwaltet ein europäisches Ceilometer-Messnetzwerk. Aus diesen Messungen werden unter anderem Wolkeninformationen gewonnen, welche zum Beispiel in der Flugsicherung von grosser Bedeutung sind.

Ein Ceilometer ist ein am Boden stationiertes Laser-Instrument, welches kurze Lichtpulse in die Atmosphäre schickt. Es wird die Laufzeit gemessen bis der an Luftpartikeln (Wolkentröpfchen, Eiskristalle, Aerosole) und Molekülen gestreute Puls zum Gerät zurückkommt und dazu die Stärke des empfangenen Signals registriert. Daraus wird ein Rückstreu-Höhenprofil abgeleitet, womit unter anderem die Höhe der Wolkenbasis und der Wolkenbedeckungsgrad bestimmt werden können. Die Ceilometer messen kontinuierlich mit hoher zeitlicher und vertikaler Auflösung bis in Höhen von 12'000 m.

Ceilometer Messnetzwerke

MeteoSchweiz betreibt im Auftrag der Schweizerischen Rettungsflugwacht REGA ein nationales Ceilometer-Netzwerk mit über 30 Instrumenten zur Beurteilung der Flugsicherheit. Weitere Ceilometer dienen an den internationalen und regionalen Flugplätzen demselben Zweck. Auf Europäischem Niveau existiert das vom Europäischen Meteorologischen Netzwerk EUMETNET lancierte Programm E-PROFILE, welches unter der Leitung von MeteoSchweiz ein operationelles Ceilometer-Messnetzwerk mit über 300 Instrumenten in 22 Ländern koordiniert.

Visualisierung der Wolkenbasis

Vid. 1: Ceilometer Rückstreu-Höhenprofil (Attenuated Backscatter) gemessen in Payerne am 29. Februar 2020 von 00:00 bis 23:55 UTC (oben) und Animation der Webcambilder in 10-Minuten Schritten aufgenommen in Yverdon-les-Bains am gleichen Tag (unten).

Im Video sind ein Warm- und darauffolgender Kaltfrontdurchgang am 29. Februar 2020 illustriert (MeteoSchweiz Blog-Beiträge vom 28. und 29. Februar).

Oben sind Ceilometer-Rückstreuprofilmessungen (Attenuated Backscatter) von der aerologischen Station in Payerne, unten eine Animation der Webcam Bilder aus dem nahegelegenen Yverdon-les-Bains dargestellt. Im Rückstreuprofil befindet sich die Wolkenbasis dort, wo das stärkste Rückstreusignal verzeichnet wird (orange bis rote Farbe). Zu erkennen ist frühmorgens ein Absinken der Wolkenbasis von 4000 auf 2000 m ü. M. und in der Folge einsetzender Niederschlag, welcher ebenfalls ein sehr starkes Rückstreusignal aufweist (die orange-rote Signatur erreicht dann den Boden). Daraufhin steigt die Wolkenbasis wieder an, bis nur noch vereinzelte Eiswolken (Cirren) auf ca. 10'000 m ü. M. den Himmel zieren. Ab Mittag nähert sich die Kaltfront mit absinkenden, sich verdichtenden Wolkenfeldern (Übergang von Cirren in Cirrostratus, Altostratus und Nimbostratus) und einsetzendem Regen. Als orange, horizontale Linie erkennt man auch den Übergang von Schnee in Regen knapp oberhalb von 2000 m ü. M.

Und da zeigt sich auch noch der Saharastaub

Anhand der Ceilometer-Messungen können auch Luftschichten mit erhöhter Aerosol-Konzentration wie zum Beispiel der Saharastaub-Eintrag vom 29. Februar 2020 (siehe MeteoSchweiz - Blog) detektiert werden. Im Ceilometer-Plot (Abb. 1 oben) erkennt man ihn als türkisblaue bis hellgrüne Schwaden bis ca. 4000 m ü. M., in der zugehörigen Webcambild-Animation (Abb. 1 unten) als braun-orange gefärbte Luft.

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