Wetterradar beobachtet Streuung und Bewegung von Hydrometeoren in einem dreidimensionalen Abtastvolumen.

Das Radar beleuchtet die Atmosphäre selbst und misst das Echo.

Ein Wetterradar sendet kurze Mikrowellenimpulse in eine bekannte Richtung. Aus der Laufzeit folgt die Entfernung des streuenden Volumens; Azimut und Elevation der Antenne liefern die Richtung. Viele aufeinanderfolgende Strahlen bilden einen Elevationsschnitt, mehrere Elevationen einen Volumenscan.

Das Messsignal stammt von Hydrometeoren im gesamten Radar-Abtastvolumen. Ein einzelner Pixel ist deshalb kein Punktwert, sondern eine räumlich gemittelte elektromagnetische Rückstreuung.

Radarreichweite ist nicht gleich bodennahe Reichweite.

Unter Standardrefraktion wird die Krümmung des Radarstrahls oft durch einen effektiven Erdradius kR_E mit k≈4/3 angenähert. Für Entfernung r, Elevation ε und Radarhöhe z_radar lautet die Strahlmittenhöhe über MSL näherungsweise

Zusätzlich wächst der vertikale Durchmesser des Strahls mit der Entfernung. Niedrige Niederschlagsschichten können deshalb in großer Entfernung teilweise oder vollständig unter dem Radarstrahl liegen.

Große Hydrometeore dominieren die Reflektivität überproportional.

Im Rayleigh-Grenzfall ist der Radar-Reflektivitätsfaktor proportional zur Summe der sechsten Potenz der äquivalenten Tropfendurchmesser:

Damit können wenige größere Tropfen einen viel stärkeren Beitrag liefern als viele kleine. Hohe dBZ sind deshalb keine eindeutige direkte Messung der Wassermenge. Bei großen Hagelkörnern, Schmelzschichten und nicht-kugelförmigen Eispartikeln werden die Streueigenschaften zusätzlich komplexer.

Regenrate aus Radar ist eine Retrieval-Beziehung, keine direkte Messung.

Eine verbreitete empirische Form ist

Das Lab verwendet als transparentes Lehrbeispiel Z=200R^1,6. Dieselbe Reflektivität kann jedoch aus verschiedenen Tropfenspektren entstehen. Deshalb vergleicht das Lab die aus D und N direkt berechnete monodisperse Wasserflussrate aus M8K5 mit der Z–R-Rückrechnung. Die Differenz ist Teil des Lernziels, nicht ein Modellfehler.

Radar misst nur die Geschwindigkeitskomponente entlang der Sichtlinie.

Für einen horizontalen Windvektor V und den Winkel Δφ zwischen Wind und Radarstrahl gilt im Lehrfall

Im Kapitel ist positiv = vom Radar weg definiert. Bewegung quer zum Radarstrahl erzeugt nahezu keine Radialgeschwindigkeit. Pulswiederholfrequenz und Wellenlänge begrenzen außerdem die eindeutig messbare Nyquist-Geschwindigkeit. Wird |v_r| größer als V_N, erscheint die Geschwindigkeit gefaltet im gegenüberliegenden Teil des Messintervalls.

Strahlgeometrie, Reflektivität und Doppler in einem Messvolumen koppeln.

Das Lab verbindet drei Beobachtungsaspekte, hält sie aber physikalisch getrennt: Beam-Höhe aus Range/Elevation, Reflektivität aus einer monodispersen Regenpopulation und Doppler aus der Projektion eines horizontalen Windvektors. Die Regenpopulation nutzt bewusst dieselbe Fallgeschwindigkeits- und Flusslogik wie M8K5.

Polarimetrische Größen liefern zusätzliche Information über Form und Phasenmischung.

Dual-polarimetrische Radare senden bzw. empfangen horizontal und vertikal polarisierte Wellen. Größen wie Z_DR, K_DP und ρ_HV reagieren unterschiedlich auf Tropfenform, Partikelorientierung, Flüssigwasser und gemischte Hydrometeorpopulationen.

Damit lassen sich Hydrometeor-Klassen besser unterscheiden als mit Z allein. Eine eindeutige Partikelidentifikation entsteht trotzdem nicht aus einer einzelnen Größe; Klassifikatoren kombinieren mehrere Radarvariablen und Kontextinformationen.

Radarbilder enthalten Messphysik, Geometrie und Störsignale gleichzeitig.

Wichtige Grenzen sind Bodenechos, anomale Ausbreitung, Abschattung, Dämpfung, Bright Band in der Schmelzschicht, Doppler-Aliasing und das Überschießen flacher Niederschlagsgebiete in großer Entfernung. Außerdem nimmt das Radar-Abtastvolumen mit Range stark zu.

Eine robuste Wetteranalyse interpretiert Radar deshalb gemeinsam mit Stationsdaten, Radiosonden, Satellit und zeitlicher Entwicklung — nicht als isolierte „Wahrheitskarte“.

Radar ist eine räumliche Beobachtung von Streuung und Radialbewegung.

Cross-References