NubiScope liefert Wolkenbedeckungsgrade und Wolkenbasis-Temperaturen rund um die Uhr
Die Atmosphäre der Erde steuert mit ihren komplexen Strukturen die Energieströme von der Sonne zur Erde bzw. von der Erde in den Weltraum. Neben anderen Einflussgrößen spielen dabei Art und Umfang der Wolkenbedeckung des Himmels eine wichtige Rolle. Die Wolkenbedeckung hat entscheidende Rückwirkungen auf das Wettergeschehen.
Luft- und Bodentemperatur werden durch den Bedeckungsgrad beeinflusst, auch die Ozonbildung in der unteren Atmosphäre und andere photochemische Prozesse hängen vom Bedeckungsgrad ab. Die Evaporation sowie die Ausbreitung von Schadstoffen in der Atmosphäre sind an den Bedeckungsgrad gekoppelt. Der Bedeckungsgrad ist daher für die Wetter-Prognose von zentraler Bedeutung.
Die Wolkenbasis-Temperaturen sind für die Flugmeteorologie von Interesse, da sie ein Maß für die Gefahr von Tragflächenvereisungen bilden.
Mit der traditionellen Methode der Bestimmung des Bedeckungsgrades durch Wetterbeobachter ist eine kontinuierliche Messung nicht möglich. Nachts sind die Sichtverhältnisse stark eingeschränkt. Darüber hinaus unterliegt diese Methode subjektiven Faktoren, da die Bewertung der Bewölkung durch verschiedene Beobachter unterschiedlich ausfallen kann.
Handelsübliche IR-Kameras mit Fisheye-Objektiv sind im Temperaturbereich beschränkt, so dass sie nur bei bestimmten Wettersituationen zuverlässige Informationen über den Gesamtbedeckungsgrad liefern können.
Messungen mit Ceilometern zur Bestimmung des Bedeckungsgrades haben eingeschränkten Aussagewert, da sie sich nur auf den Zenitpunkt beziehen können.
ODiesen Beschränkungen ist NubiScope nicht unterworfen. NubiScope liefert kontinuierlich über 24 Stunden pro Tag reproduzierbare Daten über die Wolkenbedeckung in den einzelnen Wolkenstockwerken.
Außerdem kann NubiScope bei der Interpretation von IR-Satellitenbildern ergänzende Informationen liefern: Kleinräumige Wolkenstrukturen werden klar erkannt und schneebedeckter Untergrund behindert die Erkennung niedriger Wolken nicht. Und eine geschlossene Cirrusdecke wird mit NubiScope für den Satelliten transparent. Die Verknüpfung der Satellitendaten mit NubiScope-Messwerten erbringt die vollständige dreidimensionale Information über den aktuellen Wolkenbedeckungsgrad.
Mess-System
NubiScope besteht aus einem Infrarot-Sensor (Pyrometer) im Schutzgehäuse auf einem Schwenkneigekopf, der von einem Rechner angesteuert wird. Ein angeschlossener Niederschlagsgeber signalisiert dem System Regen oder Schneefall.
NubiScope führt kontinuierlich Scans des Himmels durch und berechnet aus den eingelesenen Daten die gewünschten Ergebnisse. Ein Host-Rechner (z.B. PC) kann über serielle Schnittstelle auf NubiScope zugreifen. Auf diese Weise ist es möglich, die gewünschten Daten einzuholen und gegebenenfalls auf die Steuerung des Systems Einfluss zu nehmen.
Temperaturempfindliche Baugruppen des Systems können beheizt werden, so dass auch im Winter ein reibungsloser Betrieb möglich ist.
Bestimmung des Gesamtbedeckungsgrades
Messungen mit dem Infrarot-Thermometer zeigen deutlich unterscheidbare Signale von Wolken in verschiedenen Höhen und dem unbedeckten Himmel. Prinzipiell nimmt die gemessene Temperatur mit zunehmender Höhe der Wolken ab. Die niedrigsten Infrarot-Werte werden bei unbedecktem Himmel gemessen.
Vom Zenit zum Horizont hin nehmen die Infrarot-Werte zu. Dieser „Horizont-Effekt" ist bei den oberen Wolkenschichten und blauem Himmel stärker ausgeprägt als bei niedrigen Schichtungen. Um dennoch korrekte Zuordnungen zwischen gemessener Temperatur und Höhe zu erhalten, wurden Algorithmen entwickelt, die in Abhängigkeit von Temperatur, Zenitwinkel und Wettersituation den Horizont-Effekt korrigieren und eine flächendeckende Auswertung ermöglichen.
Voraussetzung für die Bestimmung des Bedeckungsgrades und der Wolkenhöhen ist ein Gesamtscan des Himmels. Dieser wurde in seinem Ablauf optimiert, um eine angenäherte Wichtung jedes Messpunktes mit der ihn umgebenden Fläche schon bei der Erfassung zu ermöglichen.
Der Grundzustand des Himmels (wolkenlos, Cirren, bewölkt) wird über ein zu diesem Zweck entwickeltes Streumaß bestimmt. Wolkenlücken bzw. der unbedeckte Himmel werden mit Hilfe einer Modellverteilung der Temperaturen der Wolkenuntergrenzen und des blauen Himmels erkannt. Das Verfahren ist in der Lage, einzelne Wolken zu identifizieren und über ein multiples Schichtmodell einen realistischen Bedeckungsgrad zu berechnen.
Zusammenfassung
Kontinuierliche Messung des Wolkenbedeckungsgrades durch NubiScope:- Vermessung der kompletten Himmels-Halbkugel vom Zenit bis zum Horizont.
- Hohe räumliche und zeitliche Auflösung, Messung auch nachts.
- Bestimmung des Gesamtbedeckungsgrades und der Bedeckungsgrade der einzelnen Schichten.
- Bestimmung der Hauptwolkenbasis-Höhe.
- Aufzeichnung von dynamischen Änderungen der Bedeckungssituation mit hoher Reproduzierbarkeit.
- Erkennung aktuell vereisungsgefährdeter Bereiche des Luftraums durch Messung der Wolkenbasis-Temperaturen.
- Reibungsloser Winterbetrieb durch Beheizen der Baugruppen bei Kälte.
- Abruf der Ergebnisse über PC / Laptop oder Modem (Telefonnetz).
- Sicherheit bei Stromausfall: Datenerhalt, automatischer Neustart.
Die folgenden vier Grafiken zeigen von Westen aufziehende Bewölkung am 28.07.2006 (2:30 bis 3:00 Uhr UTC):
