Wetterradar

Einfach erklärt: Wetterradar

Tim Takeoff
22.10.2018
5 Fotos
6 Minuten

Das Flugzeug ist bekanntlich das sicherste Verkehrsmittel der Welt. Nichtsdestotrotz gefährden vor allem unvorhergesehene Ereignisse eine sichere Flugdurchführung. Eines der umfangreichsten Themen ist das Wetter. Ein bordseitig installiertes Wetterradar unterstützt den Piloten bei seinen Entscheidungen. Doch wie funktioniert das überhaupt?

Das Wettergeschehen auf der ganzen Welt ist ein kontinuierlicher Prozess. Unaufhaltsam erzeugen eine Vielzahl von Hoch- und Tiefdruckgebieten die unterschiedlichsten Wolken und Niederschlagserscheinungen. Im Luftverkehr freut man sich natürlich über einen blauen, wolkenlosen Himmel. „Hammerwetter“, wie es die Flieger nennen. Doch in der kommerziellen Luftfahrt gibt es feste Pläne, an die sich das Wettergeschehen leider nicht anpasst.

Die größten Gefahren für ein Flugzeug in der Luft stellen natürlich die Extreme dar. Insbesondere starke Scher- und Fallwinde können im Umkreis von Unwettern große Probleme bereiten. Niederschlag stellt solange kein Hindernis dar, bis er mit Kombinationen aus tiefen Temperaturen, hoher Windgeschwindigkeit und Turbulenz einhergeht. Tagsüber lassen sich solche klassischen Gewitter – im Wolkenlatein „Cumulonimbus“ genannt – in der Regel mit dem bloßen Auge erkennen und einfach umfliegen.

Doch insbesondere bei Nacht oder schlechter Sicht, reicht dem Piloten die optische Wahrnehmung nicht mehr aus. Manchmal sind Gewitter auch in eine andere Wolkenschicht integriert – sogenannte „Embedded Cumulonimbus“. In diesem Fall kann man mit bloßem Auge nicht mehr zwischen einer „trockenen“ und gefahrlosen Wolke und einer hochentwickelten Gewitterzelle unterscheiden. Innerhalb letzterer erwarten einen in den meisten Fällen extreme Auf- und Abwinde mit starker Turbulenz und Vereisungsgefahr.

Die „Nase“ als Fenster des Radars

Um Gewitterzellen dennoch erkennen zu können, ist in allen Verkehrsflugzeugen ein Wetterradar verbaut. Dieses befindet sich in den meisten Fällen in der Nase, dem sogenannten „Radome“. Auch wenn der Großteil des Flugzeuges aus Metall hergestellt wurde, ist das Radome aus einem speziellen Kunststoff. Wie eine Art „Fenster“ lässt es Radarstrahlen ungehindert passieren.

Das Wetterradar selbst sendet spezielle Mikrowellen in einem sogenannten „Radar Beam“ aus. Diese werden von Hindernissen, wie beispielsweise Regentropfen, Hagel, Eis, Schnee oder dem umgebenden Gelände reflektiert. Ein Radarschirm fängt diese Reflektionen wieder ein und leitet sie an eines von zwei Computersystemen weiter, die unabhängig voneinander arbeiten, um eine Redundanz zu gewährleisten.

Alles beginnt mit einem Wassertropfen

Da Wolken aus einer Ansammlung von Wassertropfen bestehen, bieten sie eine entsprechende Reflektionsfläche. Über ein Doppler-Radar werden neben dem reinen „Vorhandensein“ von Wassertropfen auch deren Bewegungen gemessen. Liegt eine erhöhte Turbulenz vor, ist das durch starke Änderung der Richtung und Geschwindigkeit der Wassertröpfchen „sichtbar“. Das Wetterradar kann dies erkennen und dem Piloten ein detailliertes Bild über Intensität, Mächtigkeit und Turbulenz liefern.

Das Radar „scannt“ also den Himmel vor dem Flugzeug ab und sucht nach solchen Anomalien. Hier wird sowohl lateral als auch vertikal gesucht. Da ein Radar nicht entlang der gekrümmten Erdkruste suchen kann, sondern immer nur „geradeaus“ wird der ausgesendete Radarstrahl immer neu ausgerichtet. Er kann einige Grad hoch oder herunter reguliert werden – „Tilt“ genannt. Essentiell ist der Tilt bei Start oder Landung, wo das Flugzeug einen höheren oder niedrigeren „Anstellwinkel“ einnimmt als im Reiseflug.

„Mikrowellen“ für mehr Sichtbarkeit

Neben der Ausrichtung ist auch die Stärke der ausgesendeten Strahlung unglaublich wichtig für ein klares Bild. Das Problem liegt in den Tröpfchen der Wolken selbst. Ein Eiskristall, der beispielsweise in großen Höhen in den bekannten „Cirrus“, oder Schleierwolken, enthalten ist, bietet eine deutlich geringere Reflektionsfläche als ein großer Regentropfen oder sogar Hagel. Das Wetterradar muss sich entsprechend anpassen und bei recht trockenen Wolken die Intensität – „Gain“ genannt – erhöhen. Im Gegensatz dazu muss bei einer größeren Gewitterfront dieser Gain verringert werden, um ein klares Bild der vorausliegenden Wettersituation darzustellen.

Problematisch kann es werden, wenn hinter einer großen, feuchten Wolke noch eine weitere vorhanden ist. Die Mikrowellen wurden bereits von der vorgelagerten Wolke reflektiert und die hintere liegt in einer Art „Radarschatten“. Hierauf muss der Pilot jederzeit vorbereitet sein.

Turbulente Angelegenheit – Die Windscherung

Das Wetterradar hat sogar die Möglichkeit, starke Windscherungen – im englischen „Windshears“ – zu erkennen. Windscherungen zeichnen sich durch eine starke Änderung von Windrichtung und Stärke in einem kurzen zeitlichen Abstand aus. Besonders kritisch ist das bei Start und Landung, wo das Flugzeug selbst mit einer geringen Eigengeschwindigkeit fliegt. Ein plötzlicher, starker Rückenwind würde die Geschwindigkeit gegenüber der Luft, in der es sich befindet, sofort drastisch reduzieren. Ebenso könnte eine extrem starke Böe von vorn das Flugzeug an seine Belastungsgrenze bringen. Um dies zu vermeiden, erkennt das Wetterradar auch solche Scherwinde. Es findet eine Zusammenarbeit der „Windshear-Detection“ und des Autopiloten statt, der in der Lage ist, mit den Informationen des Wetterradars und der restlichen zur Verfügung stehenden Informationen die Windscherung sicher zu durchfliegen.

Informationen für den Menschen aufbereitet

Das empfangene Radarbild wird am Ende von einer komplexen Software ausgewertet. Bodenreflektionen können gezielt herausgefiltert werden, damit der Pilot eine realistische Einschätzung über die entsprechende Wolke voraus oder unterhalb erhält. Oft bauen sich diese Gewitter auch unter dem Flugzeug auf und wachsen schnell in die Höhe. Das Wetterradar baut so in Abständen von circa vier bis zehn Sekunden fortlaufend ein „Update“ auf dem Navigationsdisplay und versorgt die Crew mit Informationen. Dies geschieht normalerweise komplett automatisch. Der Pilot kann aber auch jederzeit manuell auf das Wetterradar zugreifen. „Tilt“ sowie „Gain“ werden getrennt voneinander geregelt, wenn man ein anderes Bild erzeugen möchte oder mit der Darstellung nicht zufrieden ist.

Einfluss auf den Flugweg

Mit den gesammelten Informationen wird in Absprache mit der Flugsicherung am Boden eine neue Flugroute gewählt. Je früher der Pilot die Notwendigkeit einer Routenänderung absehen kann, desto geringer ist der zu fliegende Umweg. Gerade bei Nacht ist es besonders wichtig, rechtzeitig zu reagieren.

Im besten Fall bekommt man davon als Passagier so gut wie nichts mit. Oft sieht man nur in der Ferne ein Gewitter, das die Besatzung sinnvoll und konsequent umflogen hat. Nur durch Einsatz moderner Systeme, wie dem Wetterradar, kann das Flugzeug weiterhin Platz eins der sichersten Verkehrsmittel belegen. Denn es wird immer Dinge geben, die über dem menschlichen Leistungsvermögen liegen.

Ihr wollt mehr zum Thema Radar im Flugzeug wissen? Dann empfehlen wir euch unseren Beitrag zu Flugradar.

Bilder von Tim Takeoff

von Tim Takeoff

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