Radiosondenanlage am IAP

Das IAP betreibt in Kühlungsborn eine Radiosondenanlage zur Messung von Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Wind und Ozonkonzentration vom Boden bis zu einer Höhe von ca. 38 km, wie sie auch von vielen nationalen Wetterdiensten eingesetzt wird. Die Anlage des finnischen Herstellers Vaisala besteht aus einem Empfangssystem vom Typ DigiCora III MW 21 und Richtantennen mit einer Reichweite von mehr als 200 km. Damit ist das System auch für hohe Windgeschwindigkeiten mit einer großen Verdriftung der Sonde geeignet. Die Sonden vom Typ RS92 entsprechenden dem heutigen Standard der Wetterbeobachtung.

Die fliegende Hardware besteht aus

  • der Radiosonde mit den Sensoren für Luftdruck, Feuchtigkeit und Temperatur, der Datenübertragungseinheit, einer GPS-Antenne und einer Schnittstelle für andere Sensoren, z.B. den Ozonsensor,
  • einer 60 m langen, leichtgewichtigen Ballonschnur,
  • einem Fallschirm (nur bei zusätzlichen Ozonsensoren),
  • einem Latex-Ballon mit 1200 g Gewicht und 1,5 - 2 m Durchmesser am Boden.

Am Boden stehen

  • eine Richtantenne für die Datenübertragung,
  • eine GPS-Antenne für die Referenzposition bei der Lokalisierung der Sonde,
  • der Funkempfänger und Prozessierungsrechner,
  • ein PC für Datenanzeige und –speicherung,
  • eine sog. Ground-check-Einheit für die exakte Kalibration der Sensoren direkt vor dem Start.

Der Ballon wird mit Helium gefüllt und zieht die rund 200 g schwere Radiosonde (mit Ozonsensor 700 g) mit etwa 5 m/s bis in die Stratosphäre. Die Sonde befindet sich dabei rund 60 m unter dem Ballon, um die Umgebungsbedingungen außerhalb des „Windschattens“ möglichst unverfälscht zu messen.
Die Datenübertragung erfolgt digital mit einer Rate von 4800 bps im Frequenzband 400-406 MHz. Dieses Band ist international für die verschiedenen Radiosondenstationen der Wetterdienste und unabhängiger Institute reserviert.

Fliegende Hardware einer Radiosondierung, links: mit Ballon, Abwickler und Radiosonde, rechts: Detailansicht einer Radiosonde mit Sensorarm, gewendelter GPS-Antenne und drahtartiger Telemetrieantenne

Messprinzip

Die Messungen von Temperatur, Druck und Feuchte basieren jeweils auf der Messung der Kapazität eines Kondensators, z.B. indem sich die Dielektrizitätskonstante eines Polymers feuchtigkeitsabhängig ändert, das sich zwischen den beiden Elektroden eines Mini-Kondensators befindet. Die Windmessung erfolgt über die permanente Positionsmessung auf der Sonde, aus der die Abdrift und nachfolgend der horizontale Wind berechnet werden. Die Sonde trägt dazu einen vollständigen GPS-Empfänger mit sich.
Die Messung der Ozonkonzentration erfolgt elektrochemisch mit einem separaten Sensor. Hier wird ständig die ozonhaltige Außenluft in eine Sensorkammer gesogen, in der sich eine Kaliumjodid-Lösung befindet. Abhängig von Ozongehalt der Luft ändert sich die Zusammensetzung der Lösung, deren Ionengehalt permanent über eine Ionenbrücke und eine Referenzzelle ausgeglichen wird. Der dabei fließende Strom kann gemessen und nach geeigneter Kalibrierung in eine Ozonkonzentration umgerechnet werden.

Ozonsensor mit Küvetten für KJ-Lösungen, Pumpe und Schläuchen

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Ballon mit Sonde

Radiosonde kurz nach dem Start. Die Schnur wickelt sich noch auf 60 m Länge ab und ist dabei noch nicht straff gespannt.