Wetternews: Wie gut sind Radiosonden?

In mehrjährigen Abständen kommen die Radiosonden der wichtigsten Hersteller auf den Prüfstand der WMO.

Im Rahmen der Kampagne Upper Air Instrument Intercomparison 2022 wurden 10 Radiosondenmodelle unter der Leitung von MeteoSchweiz und des Deutschen Wetterdienstes geprüft. Dabei durchliefen sie anspruchsvolle Tests im Labor sowie in der freien Atmosphäre.

Wettervorhersage, Warnungen, Klimaforschung – alle diese Bereiche basieren auf Messungen. Ein grundlegendes und nach wie vor unverzichtbares System für Messungen in der Höhe sind die Radiosonden – kleine Geräte, die von Ballonen bis in Höhen von 35 Kilometern getragen werden.

Zur Sicherstellung der Qualität von Radiosondendaten werden alle 5 bis 10 Jahre im Auftrag der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) sogenannte Vergleichskampagnen durchgeführt. Während solcher Kampagnen steigen Radiosonden mehrerer Hersteller am selben Ballon auf, was eine direkte Vergleichbarkeit der Messungen ermöglicht.

Die jüngste Kampagne fand 2022 am Meteorologischen Observatorium Lindenberg / Richard-Aßmann-Observatorium (MOL-RAO) des Deutschen Wetterdienstes (DWD) statt. 10 Radiosondenmodelle wurden unter der Leitung von MeteoSchweiz und des Deutschen Wetterdienstes genaustens geprüft. Dabei durchliefen sie anspruchsvolle Tests im Labor sowie in der freien Atmosphäre.

Der ausführliche Bericht wurde am 12. März 2024 von der WMO veröffentlicht.

Die wichtigsten Ergebnisse

Bis auf ein Modell erfüllten alle Radiosonden die Anforderungen bei der Temperaturmessung für die die Numerische Wettervorhersage.
Bis auf zwei Radiosonden erfüllen alle die Anforderungen hinsichtlich der Messung der Luftfeuchte. Nach dem Durchfliegen von Wolken können allerdings Differenzen von bis zu 4°C festgestellt werden.
Sieben der zehn getesteten Radiosonden erfüllen den Standard der Datenformate der WMO.
Sechs der zehn Sonden werden von den unabhängigen Operatoren als besonders benutzerfreundlich bewertet. Ein zweitägiges Training auf den Systemen ist ausreichend.
Insgesamt erfüllen alle zehn getesteten Systeme die operationellen Anforderungen für tägliche Routine-Aufstiege.

Laborkampagne: Test unter extremen Bedingungen

Radiosonden sind während ihres Einsatzes in der Atmosphäre extremen Bedingungen bezüglich Luftfeuchte, Temperatur und Strahlung ausgesetzt. Dabei muss sichergestellt sein, dass die Sensoren konstant zuverlässig messen.

In der Laborkampagne wurden die Sensoren daher in speziellen Klimakammern kontrollierten Bedingungen ausgesetzt, z.B. Temperaturen bis -75 Grad Celsius oder Luftdrücken zwischen 950 hPa und 5 hPa, was dem Höhenbereich zwischen Boden und 35 km entspricht (siehe Abb. 1).Für viele Hersteller war diese Laborkampagne eine einmalige Gelegenheit, ihre Sonden unter Laborbedingungen zu prüfen. Andererseits lieferte die Laborkampagne wichtige Informationen für das Verständnis und die Beurteilung der Resultate der Feldkampagne.

Abbildung 1: MeteoSchweiz führt zweimal täglich Radiosondierungen mit Wetterballonen durch. Damit werden wichtige meteorologische Werte der Atmosphäre bis in grosse Höhen gemessen. (Quelle: MeteoSchweiz.)

Feldkampagne: Zu zehnt unter einem Ballon

Eine Woche vor dem Start der Feldkampagne bauten die Hersteller ihre Systeme am Lindenberger Observatorium auf. In dieser Zeit schulten sie auch gleich ein Team von unabhängigen Operatoren, welche die Aufgabe hatten, selbständig die Radiosondierungen durchzuführen und auch die Bedienerfreundlichkeit der Systeme zu bewerten. Für diese Sondierungen wurden bis zu zehn Radiosonden unter dem Ballon an einem speziellen Gespann angebracht.

Während der vierwöchigen Feldkampagne liessen die Forschenden insgesamt 79 Radiosondengespanne steigen, 41 davon tagsüber und 38 in der Nacht (siehe Abb. 2). Darüber hinaus wurden anderen bodengebundenen Fernerkundungssystemen wie Mikrowellenradiometer, Wind-Lidar und Wind-Radar mit den Referenzradiosonden verglichen.

Abbildung 2: Die Radiosonde beim Start in Payerne. (Bild: MeteoSchweiz)

Auswertung und Bewertung für jeden Aufstieg

Der Schwerpunkt in der Auswertung der Messdaten und des abschließenden Berichts an die WMO liegt auf der Bewertung der einzelnen Sondensysteme. Die Ergebnisse der statistischen Analyse des Datensatzes wurde mithilfe eines vorab definierten Kriterienkatalogs der WMO interpretiert und dargestellt. Auf diese Weise wird jedes Radiosondensystem für einzelne Anwendungsbereiche wie Flugwetter, numerische Wettervorhersage oder Klimaforschung bewertet.

Der Bericht gibt zudem Empfehlungen für mögliche Optimierungen, die die Datenqualität der Radiosonden weiter verbessern können. Der Abschlussbericht mit allen Informationen zum Aufbau und Ablauf der Vergleichskampagne sowie allen Ergebnissen im Detail wurde von der WMO veröffentlicht.

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