Wir messen die Windgeschwindigkeit schon seit Jahrhunderten mit Anemometern, doch jüngste Fortschritte ermöglichen nun zuverlässigere und genauere Wettervorhersagen. Ultraschallanemometer messen die Windgeschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Modellen schnell und präzise.
Atmosphärenwissenschaftliche Zentren nutzen diese Geräte häufig für Routinemessungen oder detaillierte Studien, um präzise Wettervorhersagen für verschiedene Standorte zu erstellen. Bestimmte Umweltbedingungen können die Messungen einschränken, doch lassen sich diese Probleme durch entsprechende Anpassungen beheben.
Anemometer wurden im 15. Jahrhundert entwickelt und in den letzten Jahren stetig verbessert und weiterentwickelt. Traditionelle Anemometer, die Mitte des 19. Jahrhunderts erstmals entwickelt wurden, verwenden eine kreisförmige Anordnung von Windmessbechern, die mit einem Datenlogger verbunden sind. In den 1920er Jahren wurde die Anzahl der Becher auf drei erhöht, was eine schnellere und präzisere Messung ermöglicht und somit die Erfassung von Windböen erleichtert. Ultraschallanemometer stellen nun den nächsten Schritt in der Wettervorhersage dar und bieten eine höhere Genauigkeit und Auflösung.
Die in den 1970er Jahren entwickelten Ultraschallanemometer nutzen Ultraschallwellen, um die Windgeschwindigkeit sofort zu messen und festzustellen, ob Schallwellen, die sich zwischen zwei Sensoren ausbreiten, vom Wind beschleunigt oder abgebremst werden.
Sie sind heute weit verbreitet und werden für verschiedenste Zwecke und an unterschiedlichsten Orten eingesetzt. Zweidimensionale (Windgeschwindigkeit und -richtung messende) Ultraschallanemometer finden breite Anwendung in Wetterstationen, der Schifffahrt, Windkraftanlagen, der Luftfahrt und sogar mitten im Ozean, wo sie auf Wetterbojen schwimmen.
Ultraschallanemometer ermöglichen Messungen mit sehr hoher zeitlicher Auflösung, typischerweise von 20 Hz bis 100 Hz, und eignen sich daher hervorragend für Turbulenzmessungen. Geschwindigkeiten und Auflösungen in diesen Bereichen erlauben präzisere Messungen. Das Ultraschallanemometer zählt zu den modernsten meteorologischen Instrumenten in heutigen Wetterstationen und ist sogar wichtiger als die Windfahne, die die Windrichtung misst.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Anemometern benötigt ein Ultraschallanemometer keine beweglichen Teile. Es misst die Zeit, die ein Schallimpuls benötigt, um zwischen zwei Sensoren zu laufen. Die Zeit wird durch den Abstand zwischen diesen Sensoren bestimmt, wobei die Schallgeschwindigkeit von Temperatur, Druck und Luftverunreinigungen wie Schadstoffen, Salz, Staub oder Nebel abhängt.
Um Informationen über die Fluggeschwindigkeit zwischen den Sensoren zu erhalten, fungiert jeder Sensor abwechselnd als Sender und Empfänger, sodass Impulse in beide Richtungen zwischen ihnen übertragen werden.
Die Fluggeschwindigkeit wird anhand der Impulszeit in jeder Richtung bestimmt; sie erfasst Windgeschwindigkeit, -richtung und -winkel in drei Dimensionen durch die Platzierung von drei Sensorpaaren auf drei verschiedenen Achsen.
Das Zentrum für Atmosphärenwissenschaften verfügt über sechzehn Ultraschallanemometer, von denen eines mit 100 Hz arbeiten kann, zwei mit 50 Hz und die übrigen, die größtenteils mit 20 Hz arbeiten können, schnell genug für die meisten Anwendungen sind.
Zwei Geräte sind mit einer Enteisungsheizung für den Einsatz bei Eisglätte ausgestattet. Die meisten verfügen über analoge Eingänge, an die zusätzliche Sensoren für Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck und Spurengase angeschlossen werden können.
Ultraschallanemometer wurden in Projekten wie NABMLEX eingesetzt, um Windgeschwindigkeiten in verschiedenen Höhen zu messen, und Cityflux hat in verschiedenen Teilen der Stadt unterschiedliche Messungen durchgeführt.
Das Projektteam von CityFlux, das sich mit städtischer Luftverschmutzung befasst, erklärte: „Das Wesentliche an CityFlux ist die gleichzeitige Untersuchung beider Probleme, indem gemessen wird, wie schnell starke Winde Feinstaub aus einem Netz von Straßenschluchten in der Stadt abtragen. Die Luft darüber ist der Ort, an dem wir leben und atmen. Ein Ort, der vom Wind verweht werden kann.“
Ultraschallanemometer stellen die neueste bedeutende Entwicklung in der Windgeschwindigkeitsmessung dar. Sie verbessern die Genauigkeit von Wettervorhersagen und sind unempfindlich gegenüber widrigen Bedingungen wie Starkregen, die bei herkömmlichen Instrumenten Probleme verursachen können.
Genauere Windgeschwindigkeitsdaten helfen uns, die bevorstehenden Wetterbedingungen zu verstehen und uns auf den Alltag und die Arbeit vorzubereiten.
Veröffentlichungsdatum: 13. Mai 2024