Automatische Wetterstation

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Windgeschwindigkeit und Windrichtung

Zur Ausstattung der Wetterstation zählt ein 3D Ultraschallanemometer, es wird am oberen Ende der Station ca. 5m über Grund montiert. Folgende Fragen werden näher erläutert:

1. Was wird gemessen?

Wind ist ein atmosphärisch-physikalisches Phänomen, das im Gegensatz zu vielen anderen meteorologischen Größen eine Geschwindigkeit und eine
Richtung hat. Wind wird deshalb auch als vektorielle Größe bezeichnet. Dabei gibt die Windrichtung an, woher der Wind kommt. Sie wird im Allgemeinen in Grad (°) angegeben. Eine 12-teilige Windrose unterteilt die 360°-Skala des Vollkreises in 30°-Intervalle. Die Angabe von Sektoren mit den Namen der Himmelsrichtung bzw. nationalen oder internationalen Abkürzungen wird oft verwendet. Die gebräuchliche Einheit der Windgeschwindigkeit ist ms-1.
Aus lufthygienischer Sicht sind die Transportvorgänge in der bodennahen Atmosphäre bedeutsam. Die Luftbewegungen transportieren die Emissionen zum Immissionsort. Sie sind die Folge von Luftdruckgradientkräften. Diese entstehen thermisch durch unterschiedlich temperierte Luftmassen oder durch dynamische Prozesse in der Atmosphäre (WEBGEO Lernmodul Druckgradient - Gradientkraft - Gradientbeschleunigung). Zur Messung der Windrichtung und Windgeschwindigkeit wird an der Wetterstation ein 3D Ultraschallanemometer eingesetzt, umgangssprachlich auch als “Sonic“ bezeichnet.

2. Wie wird die Messgröße erfasst?

Die am exaktesten messbare physikalische Größe ist die Zeit. Diese Gegebenheit wird in der Messmethode des Ultraschallanemometers genutzt. Im Prinzip misst ein Ultraschallanemometer die Zeit, die ein Tonimpuls im Ultraschallbereich benötigt, um vom z. B.oben angeordneten Sender zum unten angeordneten Empfänger zu gelangen. Am Ende der schwarzen Stäbe im Kopfteil befindet sich ein Signalgeber und Signalempfänger (siehe Abbildung). Diese senden kontinuierlich Schallimpulse. Je nach Windrichtung und Windgeschwindigkeit verlängert oder verkürzt sich die Laufzeit, die ein Schallimpuls benötigt, um zum gegenüberliegenden Empfänger zu gelangen. Durch die räumliche Anordnung der Sender und Empfänger können die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung dreidimensional für jede einzelne Richtungskomponente (Achsen im dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem) U, V und W gemessen werden (siehe auch Manual des Herstellers Gill).

3. Wie erhalte ich aussagekräftige und genaue Messwerte?

Neben den trivialen Fehlern wie Alterung der Geräte, falsche Ablesung, unkorrekte Eichung oder elektrische Anschlussfehler ist es vor allem die unsachgemäße Behandlung des Gerätes, welche zu Messfehlern führt. 3D Ultraschallgeräte sind SEHR EMPFINDLICH gegenüber Erschütterungen. Außerdem sollte auf die nördliche Ausrichtung des Messgerätes geachtet werden (siehe Abbildung).

Gerätespezifikationen: Windrichtung und Windgeschwindigkeit
Name des Messgerätes: 3D Ultraschallanemometer WindMaster
Name des Herstellers: Gill Instruments Ltd.
Gewicht: 1,0kg
Größe: 750mm x 240mm
Energieverbrauch: 30mA bis 55mA bei 12V je nach Messfrequenz
Messfrequenz in Hz: 1, 2, 4, 8, 10, 16, 20

Gill WindMaster
Windge-schwindigkeit Windrichtung Schall-geschwindigkeit
Messbereich 0ms-1 - 46 ms-1 0° - 359° 300ms-1 - 370ms-1
Auflösung 0,01ms-1 0,1° oder 1° 0,01ms-1
Genauigkeit 1% - 1,5% 0,5° - 2° < ± 0,5% bei 20°C

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Fachgebietsleiter:

Prof. Dr. Dieter Scherer

Postanschrift:

Fachgebiet Klimatologie
Institut für Ökologie
TU Berlin
Rothenburgstraße 12
D-12165 Berlin

Lageplan und Anfahrt

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3D Ultraschallanemometer

Montiertes Ultraschallanemometer

Ausrichtung nach Norden

Ausrichtung nach Norden

aufgebautes AWS mit 3d Ultraschallanemometer

Aufgebautes AWS mit 3D-Ultraschallanemometer