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Niederschlagsmessung

Bei näherer Betrachtung ist auch die Messung des Niederschlags eine komplexe Aufgabe. Eine ganze Reihe von Anforderungen sind gegeneinander abzuwägen, um das richtige Produkt zu finden. Wie so oft müssen auch hier einige Kompromisse eingegangen und die richtige Balance zwischen Genauigkeit und Auflösung, Größe und Gewicht, Wind- und Frostbeständigkeit, Budget und Preis, um nur einige zu nennen, zu finden.

 


Professionelle Meteorologie
Windstärkenmessung           

Prospekt - RG1 Regenmesser
Prospekt - RG Pro Regenmesser
Prospekt - OTT Pluvio² L Regenmesser
Prospekt - OTT Pluvio² S Regenmesser

Wenn von Niederschlagssensoren gesprochen wird, ist meist von Regenmessern die Rede, also von Sensoren für die Messung von flüssigem Niederschlag. Genau genommen muß aber auch an Hagel und Schnee gedacht werden, deren Erfassung ebenfalls von Interesse, aber ungleich schwieriger ist. Beleuchten wir also zunächst das Problem des flüssigen Niederschlags.

Regen kommt in vielen Erscheinungsformen, vom typischen „Salzburger Schnürlregen“, einem über Wochen andauernden, leichten Nieselregen, bis hin zum tropischen Starkregen mit nicht selten bis zu 100mm pro Stunde oder sogar mehr. Gerade bei den mechanischen Sensoren ist es gar nicht leicht, hier den richtigen auszuwählen.

Regenmesser mit Kippwaage
Diese Technik hat sich für die allermeisten Anwendungen bestens bewährt. Diese Sensoren sind meist mechanisch robust, recht preiswert herzustellen, und brauchen wenig Strom, da sie mittels eines Reedkontaktes Impulse erzeugen. Von entscheidender Bedeutung sind hier vor allem drei Punkte:

  • Wie genau ist der Sensor bei welcher Intensität?
  • Welche Auflösung hat der Sensor?
  • Wie gut gelagert ist die Wippe?

Hat der Sensor eine geringe Auflösung, also zB. 0,5mm pro Impuls, dann ist er zwar besser geeignet, um Starkregen zu erfassen, da sich hier die Waage nicht so oft hin- und her bewegen muß, und weniger Wasser verliert. Niederschläge unter 0,5mm Menge kann er aber gar nicht erfassen, diese Information geht zur Gänze verloren. Bietet der Regenmesser allerdings eine hohe Auflösung, wie z.B. 0,2mm oder gar 0,1mm pro Impuls, dann ist er zwar gut geeignet, um Niederschläge geringer Intensität mit guter Auflösung darzustellen, wird aber Schwierigkeiten bei extremen Starkniederschlägen haben, da sich die Kippwaage sehr schnell hin- und her bewegen muß. Ohne eine gute Softwarekompensation büßen solche Sensoren stark an Genauigkeit ein.

Noch ein Wort zum festen Niederschlag: mit solchen mechanischen Sensoren kann in eingeschränktem Maße auch Schnee und Eis gemessen werden. Dazu müssen sie allerdings beheizt werden, und das ist mit Batterien nicht möglich, hier ist ein Netzanschluß erforderlich. Aber die Erfassung des Niederschlages erfolgt natürlich zeitversetzt, da Schnee und Eis erst einmal geschmolzen werden müssen – und während dieser Zeit durchaus auch einiger Niederschlag verloren gehen kann, weil z.B. starker Wind das Schneehäubchen davongeweht hat.

Mechanische Sensoren bedürfen regelmäßiger Wartung. Der Auffangtrichter muß von Laubwerk, Schmutz und Vogelkot gereinigt werden, da die Einlauföffnungen sonst verstopfen und Schmutzreste auch die Auffangkapazität der Kippwaage und deren gleichmäßige Aktion stören könnten.

Wägende Sensoren
Bei den bisher besprochenen “Kippwaagen” handelt es sich nicht um Waagen im eigentlichen Sinn, denn diese Sensoren entleeren den Meßbecher bei einem fix vorgegebenen Gewicht. Richtige Wägesensoren verfügen über einen großen Meßbecher, der auf einer hoch genauen Wägezelle steht, und tatsächlich das Gewicht des im Meßbecher aufgefangenen Niederschlages genau abmißt. Ist die Zelle gut abgestimmt und temperaturkompensiert, dann hat so ein Sensor einer Kippwaage vier entscheidende Vorzüge voraus:

  1. Er mißt mit der immer gleich hohen Auflösung jede beliebige Intensität.
  2. Er ist in der Regel sehr genau, und zwar völlig unabhängig von der Art und Intensität des Niederschlags.
  3. Er kann auch festen Niederschlag sehr genau erfassen.
  4. Ein bißchen Laub oder Vogelkot, das da hineinfällt, kann dem Sensor nichts anhaben.

Natürlich hat die Sache einen Haken: die Dinger sind groß - und nicht soo billig…..

Auffangfläche
Nach den Regeln der WMO haben Regenmesser über eine Mindestauffangfläche von 200cm² zu verfügen. Je größer die Auffangfläche, umso besser Meßergebnis und Auflösung, da größere Meßflächen helfen, Fehler zu reduzieren. Doch kann der Meßbecher nun nicht beliebig groß gemacht werden – denn je größer der Meßbecher, umso größer die Windlast, die dagegen drückt und zu Vibrationen führt, desto solider muß die Verankerung sein, desto größer das Risiko, auch Verschmutzungen einzufangen, und umso mehr Energie muß aufgewendet werden, wenn der Meßbecher beheizt werden soll. Bei wägenden Systemen ist der einzige Nachteil die Verkürzung der Wartungsintervalle: je größer die Auffangfläche, umso schneller füllt sich der Becher, umso öfter muß er daher entleert werden.

Optische und elektromagnetische Sensoren
Niederschlag kann nicht nur gewogen, sondern mit optischen Systemen auch vermessen werden. Laserstrahlen können z.B. ein Meßfeld erzeugen und aus Größe und Geschwindigkeit der durchfallenden Partikel errechnen, um welche Art von Niederschlag mit welcher Intensität es sich handelt. Elektromagnetische Systeme hingegen funktionieren ähnlich wie ein Flughafenradar, indem sie über die Reflexionen der ausgesandten Strahlung auf Teilchengröße, -anzahl und -geschwindigkeit schließen.

Beide Systeme können flüssigen wie auch festen Niederschlag erfassen, haben aber einen vergleichsweise hohen Strombedarf und müssen immer beheizt werden – optische Systeme, um die Linsen immer von Betauung und Vereisung frei zu halten, elektromagnetische, um Eisbildung und Schneeablagerungen abzuschmelzen. Und da ist schon wieder die Sache mit dem Preis….

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