Wie funktioniert ein modernes Wetterradar – einfach erklärt

Spätestens zu dem Zeitpunkt, als der Mensch begann, das Land urbar zu machen, um darauf Getreide und Gemüse anzubauen, wurde die Wettervorhersage ein zentrales Thema. Daran hat sich bis heute nicht viel geändert, nur sind die Gründe für eine möglichst exakte Wettervorhersage wesentlich differenzierter geworden.

Spätestens zu dem Zeitpunkt, als der Mensch begann, das Land urbar zu machen, um darauf Getreide und Gemüse anzubauen, wurde die Wettervorhersage ein zentrales Thema. Das war vor rund 10.000 Jahren. Daran hat sich bis heute nicht viel geändert, nur sind die Gründe für eine möglichst exakte Wettervorhersage wesentlich differenzierter geworden. Aber die Erdatmosphäre, die für das Wetter verantwortlich ist, stellt ein sehr komplexes Gebilde dar, dessen verschiedene Interaktionen bis heute nicht vollständig erforscht sind.

Immerhin hat sich die Wettervorhersage gerade in den letzten dreißig Jahren wesentlich verbessert und besitzt heute, je nach Wetterlage, eine Genauigkeit von 70 bis 90 % für die nächsten 24 Stunden. Dabei sind lokale Wetterphänomene wie Regen, Schnee und Eis für verschiedene Bereiche der Gesellschaft von besonderer Bedeutung und hierbei sorgt unter anderem der Einsatz eines Wetterradars dafür, das sich der Mensch rechtzeitig darauf einstellen kann.

Wie funktioniert ein Wetterradar?

Das Wetterradar hat sich aus der Radartechnik entwickelt, deren Anfänge in den Versuchen Heinrich Hertz zu finden sind, der bereits 1886 feststellte, dass sich Radiowellen an Metalloberflächen reflektieren. Aus dieser Entdeckung entwickelte sich im Laufe der Jahrzehnte unter anderem das Wetterradar. Das Grundprinzip eines Wetterradars beruht, wie bei allen Radargeräten, auf dem Aussenden und Empfangen elektromagnetischer Wellen.

Diese elektromagnetischen Wellen werden in unterschiedlichen Frequenzen und Modulationen ausgestrahlt. Bezogen auf das Radar ist es eine sogenannte Impulsfolgefrequenz. Es wird also eine elektromagnetische Welle ausgestrahlt, die eine bestimmte Höhe und Länge besitzt. Bildlich gesprochen sieht diese Impulsfolgefrequenz wie eine Wellenlinie aus, deren Wellenspitzen und Wellentäler exakt bestimmt oder moduliert sind. Nach dem Aussenden der Impulsfrequenz wird vor dem nächsten Senden erst einmal eine Antwort abgewartet. Auch diese Pausen zwischen den einzelnen Impulsfrequenzen sind definiert.

Radarstation Wetter - wie funktioniert ein Wetterradar?

Diese genau bemessenen Zeitabstände sind wichtig für die Berechnung des zurückkommenden Signals beziehungsweise für die Entfernung zwischen dem Radargerät und dem Hindernis, das die Impulsfrequenz reflektierte. Damit besteht zwar die Gewissheit, dass sich in einer bestimmten Entfernung ein Hindernis befindet, nicht aber dessen Form, Eigenbewegung und Größe. Um auch die Form eines Hindernisses und dessen eigene Geschwindigkeit zu messen, werden verschiedene Techniken miteinander kombiniert. Für die Eigenbewegung wird der Dopplereffekt genutzt. Alle Signale, die sich mit Licht- oder Schallgeschwindigkeit bewegen, unterliegen aufgrund der Laufzeit einer Veränderung zwischen Sender und Empfänger. Diese Veränderung des Signals kann nun zur Messung der Geschwindigkeit verwendet werden.

Das funktioniert sowohl zwischen feststehenden Sendern und bewegten Empfängern oder Hindernissen wie auch zwischen zwei bewegten Objekten, also einem mobilen Radar und dem ebenso mobilen Hindernis. Um nun auch die Größe oder das Volumen des Hindernisses feststellen zu können, wird bei einem herkömmlichen Radar der Radarquerschnitt des zurückkommenden Signals berechnet, was wiederum Rückschlüsse auf die effektive Rückstrahlfläche zulässt. Bei einem Wetterradar und etwa der Messung von Regentropfen funktioniert dies aufgrund der geringen Größe der Rückstrahlflächen nicht so einfach. Hier wird die Reflektivität zugrunde gelegt. Dies ist ein Querschnitt aller zurückgestrahlten Signale, die es aufgrund von Erfahrungswerten erlauben, die Anzahl und Größe von Regentropfen zu bestimmen.

Das Wetterradar und seine Entwicklung

Obwohl die Grundlagen zur Radartechnik schon in den ersten Jahren des 20. Jahrhunderts durch Christian Hülsmeyer gelegt wurden, der einen ersten Vorläufer moderner Radargeräte 1904 zum Patent anmeldete, blieb das öffentliche Interesse vorerst gering und die Erfindung geriet zunächst in Vergessenheit. Kurz vor Ausbruch des Zweiten Weltkrieges rückte das Radar wieder in das öffentliche oder besser in das militärische Interesse. Während im Ersten Weltkrieg die Luftwaffe praktisch keine Rolle spielte, stellte sie sich im Zweiten Weltkrieg als eine der wichtigsten Komponenten innerhalb der Kriegsführung auf beiden Seiten dar.

Dementsprechend wichtig war es, feindliche Flugzeuge rechtzeitig ausmachen zu können. Das Radar wurde zum zentralen Forschungsbereich sowohl der Alliierten wie auch der Deutschen. Schon zur Mitte der 1930er Jahre konnten Deutschland und England funktionierende Radarsysteme vorweisen. Im Laufe der folgenden Kriegsjahre entwickelte sich das Wetterradar aus dem herkömmlichen Radar, da sich bei diesem Schlechtwetterfronten als unerwünschte Störechos zeigten, die unter Umständen anfliegende Feindflugzeuge verbergen konnten. Die wichtigsten Entwicklungen, bezogen auf das Wetterradar, fanden aber erst nach dem Ende des Zweiten Weltkrieges statt.

Neuartiger Wetterradar schafft minutengenaue Vorhersage

Was ist mit einem Wetterradar möglich?

Die Nutzung eines Wetterradars hängt mit der verwendeten Frequenz zusammen, in der ein Signal ausgestrahlt wird. Darum werden Wetteradargeräte entsprechend ihrer vorwiegenden Verwendung bezeichnet. Sie unterteilen sich in:

  • Niederschlagsradar mit kurzer und mittlerer Reichweite
  • Niederschlagsradar mit großer Reichweite
  • Windprofiler zur Messung der Dichte von Luftmassen
  • Windprofiler zur Messung von Grenzschichten bei Wolken und Nebel
  • Wolkenradar mit großer Reichweite, wird in Satelliten eingesetzt
  • Wolkenradar mit kurzer Reichweite
  • Airborne Radar, zur Verwendung in Flugzeugen
  • Microburst Radar, zum Einsatz auf Flugplätzen

Die hier aufgeführten Radartypen kommen nicht alle zur Wettervorhersage in den Einsatz, sondern dienen teilweise der kurzfristigen Gefahrenabwehr wie etwa im Flugverkehr oder der langfristigen Messung klimatischer Veränderungen.

In Deutschland mit seiner sehr dichten Bebauung findet vor allem das Niederschlagsradar mit kurzer und mittlerer Reichweite, bis 200 km, seine Anwendung. Es dient hierbei zur Vorhersage von Regen- Schnee- und Hagelfällen, die üblicherweise lokal begrenzt sind. Allein in Deutschland befinden sich aktuell 17 Niederschlagsradargeräte im Einsatz, verteilt auf das gesamte Bundesgebiet. Dazu kommen je 5 Radaranlagen in der Schweiz und in Österreich. Diese sehr hohe Dichte erlaubt eine sehr präzise Vorhersage einer Niederschlagswahrscheinlichkeit, wobei wiederum Unterschiede in der Trefferquote bezüglich Schnee, Hagel oder Regen bestehen. Während Regen und Hagel sehr gut prognostiziert werden können, ist Schneefall wesentlich schwieriger einzuschätzen.

Im Flugverkehr stellt das Wetterradar in Form des Airborne Radars und des Microburst Radars eines der wichtigsten Instrumente zur Flugsicherung dar. So wird mit dem Microburst Radar auf Flughäfen festgestellt, ob Fallwinde oder Fallböen bestehen, die beim Start und bei der Landung gefährlich sind. Das in Passagierflugzeugen in der „Nase“ verbaute Airborne Radar dient neben der Erfassung von Wetterverhältnissen gleichermaßen der Erkennung anderer Flugzeuge und ist mit einem Antikollisionssystem gekoppelt.

Die Kopplung zweier Systeme, dem Radar und der Satellitennavigation, findet sich außerdem in der See- und Binnenschifffahrt zur automatischen Steuerung und der Verhinderung von Havarien.

Weitere interessante Informationen zum Wetterradar?

Entstehung der Wettervorhersage – ein kurzer Rückblick

Kaum zu glauben, aber wahr, denn die erste Wettervorhersage erblickte vor genau 126 Jahren, genau auf dem 16. Februar im Jahr 1876, das Licht der Welt. Keine geringere darf sich als erste Eigentümerin beziehungsweise Erstellerin der ersten, in Deutschland entstandenen Wetterkarte, bezeichnen. Urheber war seinerzeit übrigens die in Hamburg ansässige Seewarte.

Während zu dieser Zeit zu einer genauen Wettervorhersage weder ausreichend Kenntnisse noch Material zur Verfügung standen, waren diese auch nicht selten entsprechend fehlerhaft. Ganz anders verhält es sich heute, im Zeitalter der Technik. Doch auch hierbei existieren weiterhin beachtliche Einschränkungen.

Wie funktionieren zuverlässige Wetterprognosen heute?

Nahezu alles ist möglich durch Wettermaschinen! Da eine möglichst genaue Wetterprognosen einen immer wichtigeren Stellenwert einnahm, wurde diese durch das erste in den 50er Jahren entwickelte so genannte Wetterprognosemodell als computergestützte „Wettermaschine“ ermöglicht. Seitdem wurde die Wetterprognose um ein vielfaches genauer.

Die Fütterung dieses Supercomputers erfolgt mit sämtlichen Wetterdaten, berechnet diese und bereits nach kurzer Zeit liefert er die Wetterdaten für den nächsten und übernächsten Tag, und wenn er sehr gute Arbeit leistet, liefert er sogar noch Wetterdaten für die nächsten zehn Tage.

Die Voraussetzungen zur Lieferung aktueller Wetterdaten

Unsere Atmosphäre besteht aus einem Zusammenspiel ganzer Reihen von Gesetzmäßigkeiten sowie grundsätzlicher Zusammenhänge, welche der Rechner, um die an ihn gestellten Anforderungen zu erfüllen, zunächst kennen muss. Ausschließlich aufgrund dieser Kenntnisse sowie der Beachtung derselben ist ihm eine zukünftige Wetterentwicklung erst möglich.

Beispielsweise muss er darüber hinaus über das Wissen verfügen, wie sich an gewissen Orten die für deren typische Bewegungen der Luft gestalten. Ferner darf ihm die Einflussnahme der Rotation der Erde auf Windgeschwindigkeit und –richtigung sowie die Umschichtung dieser Luftmassen auf die Umschichtung der atmosphärischen Einflussnahme keine Unbekannte sein.

Hierbei handelt es sich um einen wesentlichen Bestandteil der Wetterprognose, denn die erwähnten Informationen beruhen auf Ergebnissen eines allgemeinen Zirkulationsmodells. Die Aufgabe des Wetter-Computers besteht nun darin, mit diesen gewonnenen Ergebnissen aktuelle Wetterdaten zu verrechnen. Die aus dieser entstandenen Kombination wird zu einer Prognose erstellt und liefert als Ergebnis die aller Wahrscheinlichkeit nach stattfindenden Veränderungen.

Trotz bester Technik: Wettervorhersagen sind nicht immer zutreffend

Wenngleich den Wetterdiensten mittlerweile auch über die weltweit in puncto Schnelligkeit besten Großcomputer zur Verfügung stehen, sind auch deren Wetterprognosen nicht immer zutreffend. Zwar ist – vergleicht man den Zeitraum zu den der 70er Jahre – die Genauigkeit zwischenzeitlich enorm gestiegen, so ist auch heute noch die Genauigkeit des Wetters für drei Tage im Voraus nicht genauer als jene vor einem Vierteljahrhundert. Zwar können „Wettermänner vom Dienst“ mittlerweile eine Trefferquote von rund 70 Prozent nachweisen, doch eine einhundertprozentige Wetterprognose scheint noch immer in weiter Zukunft.

Zeit für den Regenschirm - Wettervorhersagen sind nicht immer zutreffend

Die Ursache hierfür ist zu suchen in dem aus dem sehr grobmaschigen Raster bestehenden Atmosphärenmodells. Der Globus ist in ein allumfassendes Gitter eingeteilt. Auch die Atmosphäre ist hierin eingeteilt, was dazu führt, dass lediglich die Erfassung großräumiger Prozesse ermöglicht ist, hierbei bleiben ihm sowohl Turbulenzen also auch insbesondere das großflächige Geschehen des Wetters, welches signifikant durch kleinräumige Einflüsse bestimmt ist, schlichtweg verborgen. Hiergegen hat der „Wettercomputer“ keinerlei Chance, da er den entsprechenden Auslöser schlichtweg optisch nicht wahrnehmen kann.

Die Folge geht zu Lasten der Genauigkeit von Wettervorhersagen, insbesondere, wenn diese hinausgehen über einen Zeitraum von drei Tagen. Zwar ist inzwischen aufgrund sowohl erworbener Kenntnisse sowie dem rasant ansteigenden technischen Fortschritt auch heute noch keine absolute Wetterprognose möglich. Dennoch hat sich seit Beginn der Wetterforschung und Wetterprognose sehr viel zum Vorteil weiterentwickelt, was beispielsweise hiermit auch die Vorhersage eventuelle Natukatastrophen, denke man an Tsnunami & Co, den Menschen sehr hilfreich sein kann.

Weitere interessante Informationen zur Wettervorhersage?

Neujahrsvorsätze – warum sie scheitern und wie es funktioniert

Der Titel könnte eigentlich auch lauten: Warum die Vorsätze schon am 02. Januar vergessen sind. Wir alle kennen das: es ist der 01. Januar und nach der fetten Party von gestern Abend beginnt ein komplett neues Leben. Schuld an diesem (spontanen) Lebenswandel sind kleine fiese Biester namens Vorsätze.

Diese Vorsätze, die bei uns angeblich unter voller Kontrolle unserer geistigen Fähigkeiten entstehen, können ganz unterschiedlich sein. So finden sich unter den Vorsätzen fürs neue Jahr so abstruse Dinge wie mit dem Rauchen aufhören, Abnehmen, weniger Stress haben, weniger trinken… Je nachdem wie glücklich wir grade mit uns selbst sind, ist diese Liste kürzer oder länger.

So unterschiedlich Vorsätze auch sein mögen, eines haben sie alle gemeinsam:

  • Es geht um das Verhalten in einer bestimmten Situation.
  • Ziele hingegen sind angestrebte Zustände, die durch bestimmte Handlungen erreicht werden können.

Warum scheitern so viele Neujahrsvorsätze?

Sehr häufig verwechseln wir Vorsätze und Ziele. Nimm diese Beispiele:

  • Wir wollen nicht aufhören zu rauchen, sondern rauchfrei sein.
  • Wir wollen nicht abnehmen, sondern normalgewichtig/dünn sein.

Bei der ausschließlichen Betrachtung von Vorsätzen können wir manchmal gar nicht überschauen, was alles notwendig ist, um unser Ziel zu erreichen. Wenn wir uns Ziele setzen, können wir darauf hinarbeiten und unser Verhalten langfristig darauf ausrichten. Wenn wir unser Verhalten nur in einer bestimmten Situation ändern möchten, wird es schwieriger überhaupt etwas zu erreichen.

Meistens sind unsere Vorsätze zu Beginn des Jahres sehr ambitioniert. Unsere Vorstellung von dem was wir sein möchten gleicht dem Bild eines durchschnittlichen Helden. Wir wollen zu viel, in zu kurzer Zeit und zu krass ändern.

Was können wir daran ändern?

  • Mach dir bewusst, was du wirklich ändern willst. Das ist der schwierige Teil. Vielleicht musst du dir dafür ein wenig Zeit nehmen. Schreib alles auf und kick die Sachen raus, die du nur so lala willst.
  • Setz dir realistische Ziele. Ende Januar einen Marathon zu laufen, obwohl du noch nie joggen warst wird vielleicht nicht so cool.
  • Teile deine Ziel in ganz viele kleine Teilziele auf.
  • Sei konkret mit deinen Zielen. “Abnehmen” ist nicht dasselbe wie fünf KG in drei Monaten abnehmen.
  • Mach deine Ziel erfassbar. Damit du weißt, wann es erreicht ist.
  • Setz dir selbst ein Zeitlimit. Sonst wirst du nie fertig.

Wenn du mit diesen Schritten fertig bist, mach einfach. Mit jeder Minute Üben, Trainieren, Lernen wirst du besser. Belohne dich bei erfüllten Teilzielen. Am Anfang wird es schwierig sein, aber mit der Zeit wird alles leichter. Wenn du dein Ziel immer im Blick behältst, wirst du dort auch ankommen. Weitere Erklärungen und Hintergründe zu alltäglichen Fragen und viele Tipps & Tricks zu vielen unterschiedlichen Themen in unserem Ratgeber!

Kann Honig schlecht werden oder ist er ewig haltbar?

Das beliebte süße Lebensmittel Honig wird in vielen Haushalten verzehrt. Naturhonig setzt sich chemisch gesehen aus Kohlenhydraten und Wasser zusammen. Darüber hinaus beinhaltet er gesundheitsfördernde, sowie antibakteriell wirkende Inhaltsstoffe wie beispielsweise Inhibine und Vitamine. Doch eine Frage stellt sich – kann Honig eigentlich irgendwann schlecht werden? Die Frage gehen wir in den nächsten Zeilen auf den Grund.

Der von den Bienen zuammengetragene Honignektar ist die Basis für den Honig. Dieser beinhaltet in etwa achtzig Prozent Wasser. Die Bienen bringen diesen in ihren Bienenstock und dicken ihn dort ein. Dieser Vorgang reduziert den Wassergehalt deutlich. Beträgt der Wassergehalt achtzehn Prozent ist der Honig reif und kann geerntet werden. Wird der Honig zuvor geerntet, besitzt er zu viel Wassergehalt. Die Folge ist, dass der Honig später deutlich zu gären beginnt und nicht mehr verzehrbar ist. Eine Gärung erkennt man daran, dass sich der Honig im Glas absetzt.

Kann Honig nun also schlecht werden?

Bienen an der Honigwabe

Wurde der Honig in reifem Zustand geerntet und wird anschließend richtig gelagert, wird der Honig niemals schlecht. Ein reifer Qualitätshonig ohne weitere Zutaten wird in der Regel nicht gären. Ein Honigaufstrich mit Zutaten, wie zum Beispiel mit Mandelsplittern oder Nüssen, hat ein Mindesthaltbarkeitsdatum von circa sechs Monaten, da die Zutaten nicht ewig lange halten, wie der Honig selbst. Forscher bewiesen mit einem Honig aus einem Grab in Ägypten, dass dieser selbst nach Jahrhunderten, und such noch nach mehr als 2000 Jahren schmeckt.

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Wie funktioniert ein Tintenkiller / Tintenlöscher?

Die Meisten von uns kennen Tintenkiller noch aus den Schulzeiten – bestehend aus einer weißen Spitze auf der einen Seite & und einer blauen auf der anderen. Aber wie funktionieren diese Tintenlöscher eigentlich? Dieser Frage gehen wir heute auf den Grund. Oftmals verschreibt man sich, sei es in einem Aufsatz, in einer Rechenaufgabe oder bei ganz anderen Dingen wie Skizzen.

Die Funktionsweise eines Tintenkillers ist ganz simpel

Fangen wir aber bei der Verwendung an. Es ist ganz klar so, dass ein Tintenkiller, wie der Name andeutet, nur die Tinte entfernt bzw. genauer betrachtet unsichtbar macht. Mit der Gegenseite des Tintenkillers, einer speziellen Flüssigkeit kann dann der Schreiber wie zum Beispiel ein Schüler dann seine Fehler einmalig korrigieren.

Die Tintenkiller besitzen ein Bindemittel, welches sehr häufig aus Natriumsulfid besteht. Dieses wird durch Druckkontakt der Spitze des Stiftes (weiße Spitze) mit dem Blatt Papier und dem Tintenstoff freigesetzt. Nun verschwindet das zuvor geschriebene. Der zustande kommende Kontakt reicht aus, damit das Bindemittel die Molekülstruktur der Tinte so sehr verändert, dass der beschriebene Effekt einsetzt. Moleküle sind sehr kleine Teile mit unterschiedlichen Formen und unterschiedlicher Länge. Bei der Tinte sind es eher kleine, flache Molekülstrukturen.

Dieser Prozess ist auch umgekehrt denkbar

Ist etwas geschrieben und mit dem Tintenkiller unsichtbar gemacht geworden, so kann es mit einer leichten Säure theoretisch rückgängig gemacht werden. Dies passiert durch das Verändern der Molekülstruktur. Natürlich sollte bei dem Umgang mit Säuren ein entsprechender Raum mit Ausrüstung vorhanden sein. Als klassischer Schüler fällt diese Option aus. Das heißt also, einmal „gekillt“ und es kann nicht mehr wirklich rückgängig gemacht werden.

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Wie funktioniert ein Handwärmer mit Stahlplättchen?

In der kalten Jahreszeit sind sie äußerst beliebt, um die Hände wieder zu wärmen und sind unter verschiedenen Bezeichnungen erhältlich: Handwärmer, Wärmekissen, chemisches Heizkissen – hinter all den Begriffen verbirgt sich ein Latentwärmespeicher. Dieser sich lässt durch Wärmezufuhr aufladen und gibt bei Bedarf die gespeicherte Wärmeenergie wieder ab. Das Funktionsprinzip ist bei allen Varianten das gleiche.

In einem kleinen luftdicht verschweißten Kunststoffbeutel befindet sich ein Salzhydrat, meist Natriumacetat-Trihydrat. Alaun oder Glaubersalz sind auch mögliche Salze für ein Salzhydrat. In einem Wasserbad wird durch Hitzezufuhr das Salzhydrat verflüssigt. Das Salz löst sich in seinem Kristallwasser. Die so entstehende Schmelze bleibt auch weit unterhalb ihres Schmelzpunktes flüssig und kristallisiert nicht aus. In diesem Zustand ist das Salzhydrat metastabil. Dies bedeutet, dass ein kleiner Impuls eine Kettenreaktion auslösen kann, die das Salz wieder kristallisieren lässt.


Langanhaltende Wärme: Handwärmer online bestellen

Handwärmer passen in jeder Jacken- und Hosentasche und sorgen für schnelle und langanhaltende Wärme – die kleinen Heizkissen für unterwegs lassen sich bereits ab 1 Euro online bestellen. Die Handwärmer gibt es in vielen verschiedenen Muster – auch abseits von Herzformen.


Schmelzen und Kristallisieren: So funktioniert es!

In den Handwärmern befindet jeweils sich ein kleines Metallplättchen, ähnlich eines Knackfrosches. Wird dieser geknickt, reicht die dadurch entstehende Druckwelle aus, um die ersten Kristalle sich bilden zu lassen. An diesen lagen sich aus der unterkühlten Schmelze weitere Salzmoleküle an und bilden wieder eine feste Kristallstruktur.

Dieser Vorgang endet erst, wenn das gesamte Kissen wieder in die Kristallform umgesetzt hat. Bei der Kristallisation wird wieder die Wärme frei, die zum Schmelzen der Kristalle notwendig war. So erwärmt sich der Handwärmer wieder auf die Schmelztemperatur.

Das Metallblättchen im Taschenwärmer

Genau genommen ist da Schmelzen und Kristallisieren keine chemische Reaktion im eigentlichen Sinne. Es findet keine Stoffumwandlung statt. Das Salzhydrat ändert lediglich seinen physikalischen Zustand zwischen flüssig und fest und setzt dabei Energie frei. Jeder kennt diesen Effekt in umgekehrter Form von Wasser. Schmilzt Eis, entzieht es beim Tauen der Umgebung Wärme. Der Vorgang lässt sich häufig wiederholen, sodass der Taschenwärmer immer wieder aufgeladen werden kann.