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Wetterthema

06.07.2017

Blitzmessung

Blitze sind teilweise ein ästhetisches Naturschauspiel und die meisten von Ihnen haben sicherlich schon einmal Blitze beobachtet. Hauptsächlich in den Sommermonaten blitzt es in Deutschland sehr häufig. Es gibt dabei unterschiedliche Blitzarten. Man unterscheidet zwischen Inter-Wolke-Blitzen, Wolke-Wolke-Blitzen, Wolke-Erde-Blitzen oder auch Erde-Wolke-Blitzen. Diese Blitze werden dann auch noch nach ihrer Polarität und Stärke charakterisiert. Um all diese Blitze messen zu können bedient man sich verschiedener Messmethoden.

Damit ein Blitz überhaupt entstehen kann, bedarf es einer Potentialdifferenz, die sowohl innerhalb der Wolke, als auch zwischen Erde und Wolke gegeben sein muss. Auf die Blitzentstehung soll nun aber nicht weiter eingegangen werden, da dies im Thema des Tages vom 21.06.2017 bereits abgehandelt wurde. Vielmehr soll es darum gehen, wie Blitze eigentlich gemessen werden und wie eine Lokalisierung des Blitzes überhaupt möglich ist.

Bei einem Blitzvorgang werden elektromagnetische Wellen emittiert, sodass durch die Messung des elektromagnetischen Feldes eine Lokalisierung eines Blitzes möglich ist. Es wird die Amplitude, der Einfallswinkel oder die Ankunftszeit der Signale zur Blitzortung verwendet. Dabei stehen zwei Verfahren zur Blitzortung zur Verfügung. Heutzutage wird fast nur noch das Time of Arrival-Verfahren (ToA) benutzt, das auf einer Laufzeitmessung beruht. Das zweite Verfahren bedient sich der Winkelpeilung, indem man den Einfallswinkel der elektromagnetischen Strahlung zur Blitzortung benutzt. Dieses Verfahren wird Magneting Direction Finding-Verfahren (MDF) genannt, findet aber heutzutage kaum noch Beachtung. Mittels des ToA-Verfahrens ist es möglich, den Entladungsort des Blitzes zu bestimmen. Bei einer Blitzentladung breiten sich die elektromagnetischen Wellen mit Lichtgeschwindigkeit aus. Dieser elektrische Impuls wird von Feldantennen gemessen, die sich an unterschiedlichen Standorten befinden. Die Antennen sind mittels des Global Positioning System (GPS) zeitlich synchronisiert. Bei zwei Antennen befindet sich der Blitzort aufgrund der Laufzeitdifferenz auf der Fläche eines zweischaligen Hyperboloids. Bei Hinzunahme einer dritten Antenne werden zwei solcher Hyperboloide geschnitten und man erhält als möglichen Ort des Blitzes nur noch eine Kurve. Und bei Hinzunahme einer vierten Antenne bildet die Schnittmenge einen eindeutigen Punkt, eben den gesuchten Ort des Blitzes. Eine Mehrdeutigkeit tritt nicht auf, da das Vorzeichen der Laufzeitdifferenz berücksichtigt wird und somit der korrekte Ast des Hyperboloids verwendet wird. Da die Berechnung des geographischen Ortes des Blitzes aus physikalischen Gründen eine unvermeidbare Ungenauigkeit mit sich bringt ist eine metergenaue Lokalisierung eines Blitzes nicht möglich. Allerdings ist die Technik und Wissenschaft mittlerweile so ausgefeilt, dass die mittlere Abweichung unter 100 Metern liegt.

Am heutigen Abend und in der kommenden Nacht kommen einige Bürgerinnen und Bürger Deutschlands in den Genuss von blitzreichen Gewittern. In diesem Sinne schauen Sie sich dieses Naturschauspiel aus sicherer Entfernung an und auch Sie können den ungefähren Einschlagsort eines Blitzes bestimmen in dem sie die Zeit zwischen Blitz und Donner zählen. Diese Sekundenzahl teilen sie durch drei und dann haben sie die Entfernung des Entladungsortes des Blitzes in Kilometern.


06. Juli 2017
Dipl.-Met. Marcel Schmid
ARD - Wetterredaktion

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