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Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Themen: Vorlesung 3 Ermittlung des Gebietsniederschlages Niederschlagsradar.

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1 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Themen: Vorlesung 3 Ermittlung des Gebietsniederschlages Niederschlagsradar

2 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken analysieren anwenden verstehen erinnern Lehrziele der Veranstaltung erschaffen bewerten Sie verstehen das Messprinzip eines Niederschlagsradars. Sie kennen unterschiedliche Verfahren zur Ermittlung von Gebietsniederschlägen … … und wenden diese an, um von Punktmessungen von Niederschlägen auf Gebietsniederschläge zu gelangen.

3 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken [mm/h] Die einfachste Methode zum Übergang vom Stationsniederschlag (Punktniederschlag) auf den Gebietsniederschlag (Flächenniederschlag) ist die Mittelwertbildung in Form des Arithmetischen Mittels. Gebietsniederschlag

4 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken [mm/h] Die einfache Mittelwert- bildung ist ausreichend, wenn ein dichtes Mess- stellennetz vorliegt und / oder Angaben für Zeitintervalle in der Größenordnung von Monats- bzw. Jahres- niederschlägen ermittelt werden müssen. Für kleine Zeitintervalle ist diese Methode nicht zu empfehlen. Ergebnis: Arithmetisches Mittel

5 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Mit der Thiessen- Polygon-Methode werden Einflussflächen für jede Station gebildet. Dabei wird postuliert, dass der Niederschlag in der Einflussfläche dem Stationsnieder- schlag entspricht. A1 A2 A3 A4 Thiessen-Polygon-Methode

6 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bei der Inverse-Distanz- Methode wird der Flächenniederschlag mit Hilfe einer orthogonalen Rasterbildung und Wichtung der nächst- gelegenen Stations- niederschläge in den vier angrenzenden Quadranten gebildet. Dabei geht die Entfernung der Nieder- schlagsstation um- gekehrt proportional in die Wichtung ein. d3d3 d1d1 d2d2 Inverse-Distanz-Methode

7 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Isohyetenmethode Bei dieser Methode werden aus den Angaben der Stationsnieder- schläge Linien gleicher Niederschlagshöhen ( = Isohyeten ) durch den räumlichen Abstand interpoliert. Der Gebietsniederschlag ergibt sich aus: Das Verfahren kann orographische Einflüsse und Reliefeffekte (bei der Interpolation) berücksichtigen. Die Methode ist nicht frei von subjektiven Einflüssen des Bearbeiters. Zum Einsatz gelangt das Isohyetenverfahren bei der Angabe von Jahresniederschlägen. Isohyetenmethode

8 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Hypsometrische Kurve In Einzugsgebieten, bei denen die Variation der Niederschläge über die Geländehöhe größer ist als über die horizontale Ausdehnung, kann eine Auswertung der Gebietsniederschläge mit der Hypsometrischen Kurve erfolgen. Dafür werden die Wichtungsfaktoren über höhenabhängige Flächenanteile ermittelt. Die Methode ist ebenfalls stark abhängig von der Erfahrung des Anwenders und nur für lange Niederschlagsdauern zu verwenden [Monats- und Jahresniederschläge] Hypsometrische Kurve

9 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: DWD Prinzipskizze der Radarmessung Niederschlagsradar

10 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken DWD Radarverbund

11 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Pulsvolumen V Öffnungswinkel  = 1° Pulsvolumenhöhe c*  Radarniederschlagsmessung P E = C * U² * 1/r² * z [w] P E = Empfangsleistung C = Gerätekonstante U = Rayleighapproximations- Faktor r = Zielentfernung Z = Reflektivitätsfaktor

12 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Mit Hilfe von Niederschlagsmessungen können sowohl qualitative als auch quantitative Angaben zur räumlichen Verteilung von Niederschlägen gewonnen werden. Aus der Reflexion der rückgestrahlten Energie des Radar lässt sich ein Rückschluss auf die Niederschlagsintensität ziehen. Z = a I b Z = Reflektivitätsfaktor ( Radarecho ) I = Niederschlagsintensität [mm/h] a,b = Parameterkonstanten b ~ 1,6 a = 140 bei Nieselregen a = 200 im Mittel a = 500 bei Gewitter Radarniederschlagsmessung

13 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Die Fehlereinflüsse bei der Radarmessung sind im wesentlichen:  die Aggregationszustände des Wassers  die Größe der Niederschlagsteilchen Radarniederschlagsmessung  L  r r max  Radarbin

14 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Eine Abweichung in der Größenordnung von 20% zu den Niederschlagsintensitäten der Regenschreiber ist eher die Regel als die Ausnahme. Radarsensoren neigen bei Starkregen zu sehr großen Unterschätzungen der Niederschlagsmengen [Grund dafür sind Dämpfungseffekte] Radarniederschlagsmessung  L  r r max  Radarbin

15 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bonner Niederschlagsradar

16 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Beispiel: Kaltfront Bildquelle: Prof. Simmer Beispiel für ein Radarbild einer Kaltfront mit kräftigen Regenschauern. Die Schauer verlaufen linienförmig über das Einzugsgebiet.

17 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Beispiel: Kaltfront Kaltfront Ereignis im Februar. Die Zugbahn der Front kann im Elevationsscan gut nachvollzogen werden. Bildquelle: Prof. Simmer

18 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: DWD Satellitenaufnahmen (hier METEOSAT) erlauben durch Spektralaufnahmen Rückschlüsse über den Wassergehalt der Wolken und die Temperatur- verhältnisse in den Wolken. Die geostationären Satelliten (~ km Höhe) messen in drei Spektralbereichen: Sichtbarer Spektralbereich (0,5 - 0,9  m) Niederschlagsindex per Satellit

19 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: EUMETSAT Wasserdampfabsorbtions- band (5,7 – 7,1  m) zur Bestimmung des Wasserdampfgehaltes in 5 – 10 km Höhe METEOSAT Satellit

20 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Infraroter Spektralbereich (10,5 – 12.5  m) zur Temperaturbestimmung in den Wolken METEOSAT Satellit


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