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Wetterthema

02.10.2019

Windmessung

Wenn Sturmtiefs unser Wettergeschehen bestimmen oder anderswo tropische Wirbelstürme ihr Unwesen treiben, werden regelmäßig Windmesswerte in den Medien verbreitet. Doch wie gewinnt man diese Information?

Zur Registrierung des Windes ist an den Wetterstationen lange Zeit vor allem das Schalenkreuzanemometer in Kombination mit einer Windfahne eingesetzt worden. Unsere Abbildung zeigt eine solche Messanordnung. Die Geräte sind üblicherweise an einem Mast in 10 Metern über dem Boden montiert. Die Windfahne stellt sich, vergleichbar mit einem Wetterhahn, genau in den Wind, der in unserem Fall von links nach rechts weht. Über einen elektrischen Schleifwiderstand, dessen Wert mit der Stellrichtung der Fahne variiert, kann die Windrichtung in ein elektrisches Signal überführt und aufgezeichnet werden.

Zur Messung der Windstärke dient das Schalenkreuzanemometer. Es besteht aus drei Schalen, die um eine vertikale Achse rotieren. Der Luftwiderstand bei Anströmen in Richtung der offenen (konkaven) Seite der Schalen ist größer als jener in Richtung der geschlossenen (konvexen) Seite. Daher ist auch die Kraft, die der Wind auf erstere ausübt größer als jene auf ihr Gegenstück gegenüber. Die erste Kraft bringt das Anemometer zum Rotieren, während die zweite dieses nur geringfügig bremst. Die Rotationsgeschwindigkeit wächst dabei mit der Windstärke und ist unabhängig von der Windrichtung. Über einen Magnetkontakt oder eine Lichtschranke kann die Zahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit gezählt und damit die Windstärke errechnet werden.

Nachteilig wirkt sich allerdings aus, dass sich das Schalenkreuz erst ab einer gewissen Geschwindigkeit, der sogenannten Anlaufschwelle, zu drehen beginnt. Außerdem besitzt es wegen seiner Masse eine Trägheit. Nimmt die Windgeschwindigkeit rasch zu oder ab, so benötigt es etwas Zeit, bis seine Umdrehungsgeschwindigkeit sich daran angepasst hat. Windböen werden dadurch etwas verzögert und mitunter leicht zu schwach angezeigt.
Wegen der im vorigen Abschnitt beschriebenen Kräfteunterschiede bzgl. der beiden Schalenseiten kann das Anemometer dennoch einer raschen Windzunahme besser folgen als eines Abfalls der Windgeschwindigkeit. Vor allem wenn der Wind sehr böig ist, das heißt zeitlich stark schwankt, resultiert daraus eine Überschätzung der mittleren Windgeschwindigkeit. Überdies sind die beweglichen Teile relativ anfällig gegenüber den Witterungseinflüssen, welchen sie zwangsläufig permanent ausgesetzt sind. Mit der Zeit kann die Mechanik verschleißen, wodurch eine regelmäßige Wartung notwendig wird.

Eine neuere Methode zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit, welches diese Nachteile nicht aufweist, ist ein akustisches Verfahren. Das zugehörige Gerät wird als Ultraschallanemometer bezeichnet und ist an den Wetterstationen immer häufiger anzutreffen. Von Schallgebern und Mikrofonen, die an Haltearmen paarweise montiert sind, werden dabei Ultraschallsignale in kurzen Zeitabständen ausgesendet und empfangen. Je nach Anströmrichtung und Geschwindigkeit variieren die Zeiten, welche die Schallsignale von der einen zur anderen Seite benötigen. Aus dieser Information wird der Wert für die Windstärke und die Windrichtung abgeleitet.


Mittwoch, 2. Oktober 2019

Dipl.-Met. Rainer Behrendt
ARD-Wetterredaktion

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