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Hamburger Forscher sagen Regen in einzelnen Straßen voraus

Starkregen in Hamburg

Starkregen in Hamburg

Foto: Daniel Bockwoldt / dpa

Mithilfe eines hochauflösenden Regenradars können die Wissenschaftler abschätzen, ob es in einigen Minuten ein Gewitter gibt.

Hamburg.  Hochsommer in der Stadt – perfektes Wetter zum Grillen oder für Gartenpartys. Doch mit den Temperaturen steigt auch das Gewitterrisiko und damit die Gefahr, dass das eine oder andere Freiluftfest baden geht. Hamburger Meteorologen haben ein Regenradar entwickelt, mit dem man im Internet für jeden Straßenzug erkennen kann, ob es in den nächsten Minuten nass wird. „Es ist ein Forschungsprojekt, und wir lassen uns bei der Forschung zugucken“, sagt Prof. Felix Ament, Leiter der Arbeitsgruppe „Atmosphärenmessungen und Prozessmodellierung“ am Meteorologischen Institut der Uni Hamburg.

Radarbilder und -filme gehören längst zum Handwerkszeug von Wettervorhersagen. Zugbahnen von Regen- und sonstigen Wolken sind im Fernsehen oder Internet zu verfolgen und für Stunden oder Tage voraus zu berechnen. Das Hamburger Regenradar macht dagegen keine Vorhersage, sondern zeigt den aktuellen Stand eines heranziehenden Regengebietes. Das Besondere ist seine hohe Auflösung und Schnelligkeit. Ament: „Wir arbeiten mit einem Raster von 60 mal 60 Metern, wobei sich die Daten alle 30 Sekunden aktualisieren. Dadurch ist die aktuelle Entwicklung so genau dargestellt, dass sie mit dem Auge zu extrapolieren ist. So lässt sich für einen bestimmten Ort minutengenau abschätzen, wann die ersten Tropfen fallen.“ Er selbst habe dies an seinem Wohnort Langenhorn ausprobiert.

Lokale Wetterdaten werden immer wichtiger

Regenradare des Deutschen Wetterdienstes (DWD) haben eine deutlich gröbere Auflösung von ein mal ein Kilometer und aktualisieren sich nur alle fünf Minuten. Das geschehe zudem einige Minuten verzögert, sagt Ament. Die DWD-Radaranlagen arbeiten auf einer etwas anderen Wellenlänge, überblicken viel größere Gebiete und haben hier ihre Vorteile. So können sie besser als das Hamburger Radarauge durch Regengebiete hindurchschauen und dadurch nachfolgende Niederschläge erkennen. Im Fachjargon haben sie eine niedrige Dämpfung. Eine hohe Dämpfung macht sich manchmal in Radarfilmen bemerkbar: Dann ploppt plötzlich wie aus dem Nichts ein neues Regengebiet auf, wenn das vorangegangene abgezogen ist.

Die Hamburger Forscher kooperieren mit dem DWD und haben jetzt ein System entwickelt, das eine hohe Auflösung bietet und dennoch eine niedrige Dämpfung hat. Davon will zukünftig auch der Wetterdienst profitieren. Ihn erreichen nach Aments Angaben immer wieder Anfragen von kommunalen Betrieben nach detaillierteren Niederschlagsdaten.

Die Satellitenschüssel kommt aus einem gewöhnlichen Elektronikmarkt

Das Radargerät steht auf dem 85 Meter hohen Geomatikum der Universität an der Bundesstraße in Eimsbüttel. Die Basis bildet ein Modell, das massenhaft in der Schifffahrt genutzt wird. Schiffsradare sind am sich drehender Balken erkennbar. Genau diesen haben die Forscher ausgetauscht gegen eine „handverlesene Satellitenschüssel, wie man sie in Elektronikmärkten kaufen kann“, sagt Ament.

Sie hat – im Gegensatz zu den in einem fächerförmigen Bereich arbeitenden Schiffsradaren – den richtigen Blickwinkel, um fallende Tropfen zu erkennen, etwa 100 Meter über dem Boden in einem Radius von 20 Kilometern. „Wir schauen nicht in die Höhe, sondern sehr flach“, erläutert der Meteorologe. „Denn es kann passieren, dass Tropfen auf dem Weg nach unten verdunsten und es am Boden trocken bleibt. Tropfen in nur 100 Meter Höhe kommen sicher unten an.“

Die Meteorologen bauten ihr Regenradar bereits 2013 auf dem Geomatikum auf – und sammelten Erfahrungen mit allerlei Störfaktoren. Diese sind jetzt weitgehend eliminiert. Aber es kann auch heute noch passieren, dass in dem einen oder anderen Straßenzug bei strahlendem Sonnenschein kleine blaue Flecken auftauchen. Die Messung arbeitet mit Radarreflexionen: Das Gerät sendet Radarwellen gen Himmel und misst die Rückläufer. Je stärker die empfangenen Signale, desto stärker fällt der Niederschlag. An der Zeit, die zwischen dem Senden und Empfangen der Signale vergeht, ist die Distanz zum Regengebiet abzulesen.

Soweit die Theorie. In der Praxis sind auch fremde Radarwellen unterwegs und stören den Empfang des Wellen-Echos. Zudem reflektieren hohe Gebäude, Kirchtürme und andere Bauten sowie Flugzeuge die Radarwellen und stören das Regenbild. Selbst einzelne Hummeln oder Wespen detektiert das Gerät als vermeintliche Regentropfen. In der 60x60-Meter-Auflösung fallen die Insekten dann aber als winzige Einzelpunkte durchs Raster.

Die Radarmesssungen sind Teil eines Forschungsprojekts

Das Hamburger Radar erfasst Tropfen ab einem Millimeter Durchmesser. „Für Nieselregen im Herbst und Winter, also für das Hamburger Schietwetter, ist es weniger geeignet, denn da sind die Tröpfchen meist kleiner“, so Ament. Zudem haben die Forscher die Tröpfchen-Arithmetik zu beachten: Ein doppelt so großer Tropfen macht 16-mal so nass. Denn er beinhaltet eine weit größere Wassermenge, ist schwerer und fällt dadurch schneller zu Boden. Im Radar erscheint er aber 64-mal (und nicht 16-mal) heller als der halb so große Tropfen – bei großen Tropfen wird der Niederschlag vom Regenradar also tendenziell überschätzt.

Eine weitere Einschränkung ist der Radius von 20 Kilometern. Damit ist zwar der weit überwiegende Teil der Stadt abgedeckt, aber Randbereiche von Rissen, Wohldorf-Ohlstedt und den Vierlanden liegen außerhalb der Reichweite. Seit Mittwoch gibt es auf der Internetseite eine neue Darstellung, in der Randbereiche der Stadt „mitbedient“ werden. Allerdings sind dort das Raster größer und die Aktualisierung lückenhafter, denn als Grundlage dienen die gröberen Daten des DWD.

Die Radarmessungen, die die Hamburger Forscher jetzt als Bürgerservice zur Verfügung stellen, entstehen im Rahmen eines Forschungsprojekts namens PATTERN. In dem Projekt wollen die Forscher herausfinden, ob durch die Verknüpfung von mehreren kleinen, sich überlappenden Regenradaren die Niederschlagsmenge genauer zu bestimmen ist. Ament: „Mithilfe herkömmlicher Radare können wir nur feststellen, ob es regnet, und wenn ja, ob viel oder wenig Niederschlag fällt. Kommunale Betriebe wie Hamburg Wasser möchten aber gern wissen, ob auf ein Gebiet zehn Millimeter oder 20 Millimeter Regen fallen (entspricht zehn oder 20 Liter pro Quadratmeter, die Red.), um ihre Siele entsprechend steuern zu können“, sagt der Meteorologe. Im Raum Itzehoe stehen vier vernetzte Regenradare, die für das Gebiet zwischen Unterelbe und Neumünster solche genaueren Daten liefern sollen. Auch ihre Messungen sind zum Teil im Internet einzusehen.

Hier finden Sie das Forschungsprojekts PATTERN

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