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2025-12-06T22:10:52Z

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Ein '''Windprofiler''' oder '''''R'''adar''-'''''W'''ind-'''P'''rofiler'' (<abbr>R</abbr>WP) ist seit den frühen 1970er Jahren ein [[Meteorologie|meteorologisches]] [[Messsystem]], zur Messung der Windgeschwindigkeiten in der Atmosphäre.<ref name=":0">{{Literatur |Titel=Radar-Windprofiler (UHF: 482 MHz) |Hrsg=DWD, Deutscher Wetterdienst |Online=https://www.dwd.de/DE/forschung/atmosphaerenbeob/lindenbergersaeule/boden_fernmessung/windprofiler_node.html |Abruf=2025-10-14}}</ref><ref name=":2">{{Literatur |Titel=Windprofiler Radar/RASS |Hrsg=DWD, Deutscher Wetterdienst |Online=https://www.dwd.de/DE/forschung/atmosphaerenbeob/lindenbergersaeule/boden_fernmessung/windprofiler_funktion.html |Abruf=2025-10-14}}</ref><ref name=":1">{{Literatur |Titel=US Environmental Protection Agency, EPA-454/R-99-005, Meteorological Monitoring Guidance for Regulatory Modeling Applications, 2000.February |Online=https://www.epa.gov/sites/default/files/2020-10/documents/mmgrma_0.pdf |Abruf=2025-10-14}}</ref><ref name=":5">{{Literatur |Titel=Radar Wind Profiler, Lehmann, V., Brown, W. (2021), Part C31 in Handbook of Atmospheric Measurements, Foken, Springer}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=New Observations by Wind Profiling Radars, Masayuki K. Yamamoto |Online=https://cdn.intechopen.com/pdfs/35115.pdf |Abruf=2025-10-16}}</ref> Damit können Messungen der vertikalen Variation der Windrichtung und Windstärke (Vertikalprofil des horizontalen Windvektors) durchgeführt werden. Ein RWP besteht aus einem, auf dem Erdboden aufgebauten und [[Lotrichtung|vertikal]] strahlenden gepulsten [[Radar|Primär-Radarsensor]].

Durch eins zusätzliches '''''R'''adio '''A'''coustic '''S'''ounding '''S'''ystem'' (RASS) wird die Messung der ''schallvirtuellen Temperatur'' ermöglicht. Die RASS-Komponente eines RWP besteht aus zusätzlichen Lautsprechern, die durch vertikal abgestrahlte Schallwellen die Dichte der Atmosphäre modulieren. Durch die Wellenberge und Wellentäler der Schallwellen bilden sich Zonen unterschiedlicher Reflexionseigenschaften für die elektromagnetischen Wellen des Radars. Der Abstand dieser Zonen ändert sich aufgrund von Temperaturunterschieden in der Atmosphäre. Diese Abstandsänderungen können mit dem Radar gemessen und daraus der Temperaturverlauf bestimmt werden.<ref name=":0" /><ref name=":2" /><ref name=":1" />

Ein RWP-System mit einer Sendefrequenz von 915 MHz erlaubt z. B. die Messung der Temperatur der Atmosphäre mit einer vertikalen Auflösung von 60 m bis zu 1,5 km Höhe. Ein anderes System, das auf 449 MHz sendet, hat eine Auflösung von 60 m bis zu einer Höhe von 3,5 km bei einer Mittelung der Messwerte über 5 Minuten.<ref name=":3" />

Grundsätzlich hängt die erreichbare Reichweite, Auflösung und Genauigkeit u. a. von der Wahl der Betriebsfrequenz ab, wobei niedrigere Frequenzen eine bessere Durchdringung von Gewitterwolken ermöglichen, während höhere Frequenzen aufgrund des größeren Dopplereffekte eine höhere Genauigkeit erlauben. Die Eigenschaften der RWP-Systeme in den üblichen Frequenzbereichen sind:

* RWP-Systeme, die bei 50 MHz arbeiten, erlauben eine Messung zwischen ca. 2 km bis zu 20 km Höhe AGL (engl. [[Above ground level|Above Ground Level]], dt. Höhe über Grund) bei einer vertikalen Auflösung zwischen 150 m bis 500 m. Die relativ große Wellenlänge von 6 m erfordert große [[Phased-Array-Antenne|Phased Antenna Arrays]] mit Abmessungen von bis zu 100 m × 100 m.<ref name=":5" details="Tbl. 31.4" /> Der ''Radar Wind Profiler and RASS'' (RWP50) erlaubt die Messung bis zu 12 km<ref name=":6">{{Literatur |Titel=50RWP, Radar Wind Profiler (50 MHz) |Online=https://arm.gov/capabilities/instruments/50rwp |Abruf=2025-10-16}}</ref> (16 km)<ref>{{Literatur |Titel=ARM TR-045Radar Wind Profiler and RASS (RWP50) Handbook, R. Coulter, 2004.November |Online=https://www.arm.gov/publications/tech_reports/handbooks/50rwp_handbook.pdf |Abruf=2025-10-16}}</ref> Höhe AGL bei einer vertikalen Auflösung zwischen 300 m bis 1 km und Temperatur-Profile zwischen 2 km bis 4 km<ref name=":6" />
* RWP-Systeme, die bei 449 MHz oder 482 MHz betrieben werden, erlauben eine Messung zwischen ca. 500 m bis zu 16 km Höhe AGL bei einer vertikalen Auflösung zwischen 150 m bis 500 m. Durch weitaus kleinere Wellenlängen um 64 cm reduzieren sich die Abmessungen der ''Phased Antenna Arrays'' auf 11 m bis 15 m Kantenlänge.<ref name=":5" details="Tbl. 31.4" /> Das RWP des DWD, welches auf 482 MHz betrieben wird, erlaubt die Messung von [[Höhenwind]]en zwischen 0,5 km bis 9,3 km im ''Low Mode'' und 5,5 km bis 16,0 km Höhe im ''High Mode''.<ref name=":0" /> RWP-Systeme, die im Bereich um 64 cm Wellenlänge arbeiten, können aber auch nur für eine Reichweite von 150 m bis 6 km ausgelegt sein, z. B. AP500.<ref name=":4" details="Notes 12.">{{Literatur |Titel=Document AP 2004/1, Product Information, Radar Wind Profilers, AP10, AP100, AP1000, AP50, AP500, AP5000, Scintec}}</ref> RWP-Systeme, die auf 449 MHz senden, sind mit Reichweiten bis zu 6 km<ref name=":4" details="Notes 12." /> oder 8 km Höhe<ref name=":3">{{Literatur |Titel=Radar - ESRL Wind Profiler with RASS, Wasco Airport - Raw Data |Hrsg=Wind Data Hub for U.S. Department of Energy, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy |Online=https://wdh.energy.gov/ds/wfip2/radar.z04.00 |Abruf=2025-10-14}}</ref> spezifiziert. So nutzt z. B. das AP5000 eine [[Effektive Strahlungsleistung|EIRP]] von ca. 98 dBm, bei einem [[Antennengewinn]] von 32 dB (keine Angabe ob als Referenz dBd oder dBi gilt) und einer Halbwertsbreite von 4° (−3 dB), wobei die Abstrahlung vertikal 0° nach oben erfolgt.<ref name=":4" details="Notes 12." />

* Von RWP-Systemen, die auf 915 MHz senden, wird eine vertikale Auflösung von 6 m und ein Reichweitenbereich von ca. 100 m bis zu 4 km<ref name=":3" /> abgedeckt. So nutzt z. B. das AP500 eine EIRP von ca. 85 dBm, bei einem Antennengewinn von 25 dB (keine Angabe, ob als Referenz dBd oder dBi gilt) und einer Halbwertsbreite von 8,4° (−3 dB), wobei die Abstrahlung vertikal 0° nach oben erfolgt.<ref name=":4" details="Notes 12." />

* RWP-Systeme, die auf 1290 MHz senden, erreichen vertikale Auflösung von ca. 30 m und Reichweitenbereich von ca. 100 m bis 4 km ohne, und 1,2 kM mit Nutzung eines zusätzlichen RASS-Systems.<ref name=":4" details="Notes 11." />Der WTR/RASSA (engl. '''''W'''ind '''T'''emperature '''R'''adar and '''R'''adio '''A'''coustic '''S'''ounding '''S'''ystem'') am Flughafen Frankfurt am Main arbeitete auf 1290 MHz. Das WTR/RASSA nutzte ein AP1000-Windprofiler Radar (Scintic)<ref name=":4" /> mit einer WR-RASS-Erweiterung, besaß eine EIRP von ca. 96 dBm bei einem Antennengewinn von 32 dB (keine Angabe ob als Referenz dBd oder dBi gilt) und einer Halbwertsbreite von 8,4° (−3 dB), wobei die Abstrahlung vertikal 0° ±11° nach oben erfolgt. Die Phased-Array-Antenne bestand aus 768 einzelnen Antennenelementen (4,8 m × 4,8 m). Die RASS-Komponente bestand aus 20 akustischen Arrays, die jeweils aus 1024 Piezo-Lautsprechern bestanden.<ref name=":4" details="Notes 11." /> Es konnten Wind und Temperatur bis 1500 m (max. 3000 m) mit einer Wahrscheinlichkeit von 95 % in 30 m Schritten von 200 m bis 1750 m AGL, wobei die Daten vor Ausgabe über 15 Minuten gemittelt wurden.<ref>{{Literatur |Titel=Comparison of Boundary-Layer Profiles and Layer Detection by AMDAR and WTR/RASS at Frankfurt Airport, Clemens Drüe, Thomas Hauf, Axel Hoff, Boundary-Layer Meteorol 2010.March.20}}</ref>

Die Zeitintervalle für die Mittlung der Messwerte von RWP und WTR können zwischen 1 Minute und 60 Minuten gewählt werden.<ref name=":4" details="Notes 11und 12." /> Damit können in kürzeren Abständen aktuelle Messungen erfolgen als bei der [[Radiosonde|Sondierungen der Atmosphäre mit Ballonen]]. Die Daten können direkt in dafür geeignete Netzwerke eingespeist und für die Initialisierung und Anpassung der [[Wettermodell]]e verwendet werden und dienen einer möglichst genauen [[Wettervorhersage]]. Windprofiler arbeiten vollautomatisch und können daher auch mit wenig Personal betrieben werden.

== Messprinzip ==
=== Windgeschwindigkeit ===
[[Datei:Profiler lindenberg1.jpg|mini|Ehemaliger Windprofiler am [[Meteorologisches Observatorium Lindenberg|Meteorologischen Observatorium Lindenberg]]]]
[[Datei:Mobiler Wind Profiler.jpg|mini|Mobiler Wind Profiler von [[Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie|Meteoschweiz]]]]
Eine [[Puls (Elektrotechnik)|gepulste]] [[elektromagnetische Welle]] wird über eine phasengesteuerten Gruppenantenne (engl.: ''[[Phased-Array-Antenne]]'') in die [[Troposphäre]] abgestrahlt; zur Windmessung mit dem DBS-Verfahren (engl. ''Doppler beam swinging'') werden dabei mindestens drei verschiedene Strahlrichtungen verwendet. Die elektromagnetischen Wellen werden durch [[Inhomogenität]]en des [[Brechungsindex]]es [[Streuung (Physik)|gestreut]]. Aus der [[Phasenverschiebung|Phasenänderung]] der zurückgestreuten Welle kann die [[Dopplerverschiebung]] und damit die radiale [[Windgeschwindigkeit]] ermittelt werden.<ref>{{Literatur |Titel=Electronic Communications Committee (ECC) within the European Conference of Postal and Telecommunications Administrations (CEPT) Working Group SE, SE39(05)01, Wind Profiler Radar – Tests concerning the possible impact of Emissions from the Galileo System on the measurements of Wind Profile Radars, Germany, 2005.January.11 – 13}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Electronic Communications Committee (ECC) within the European Conference of Postal and Telecommunications Administrations (CEPT) Working Group SE, SE39(06)XX Wind Profiler Radar – Fundamentals and Report on a GALILEO E6 - WPR Interference Simulation Experiment, Germany, 2005.March.30 – 31}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Electronic Communications Committee (ECC) within the European Conference of Postal and Telecommunications Administrations (CEPT), ECC Report 90, Compatibility of Wind Profiler Radars in the Radiolocation Service (RLS) with the Radionavigation Satellite Service (RNSS) in the Band 1270-1295 MHz,
Lübeck, 2006.September |Online=https://docdb.cept.org/download/0221cc63-3a76/ECCREP090.PDF |Abruf=2025-10-16}}</ref>

=== Temperatur ===
[[Datei:RASS with Profiler lindenberg2.jpg|hochkant=0.5|mini|Lautsprecher]]
Die Temperatur wird nach dem Prinzip des ''radio-acoustic sounding system'' gemessen. Dazu strahlen z. B. vier große [[Lautsprecher]] mit rund 135 [[Bel (Einheit) #Verwendung mit anderen Maßeinheiten, Zusätze|dBa]] [[Schallwelle]]n in die Atmosphäre, es können aber auch akustische Arrays aus Piezo-Lautsprechern genutzt werden. Das dabei entstehende Muster von [[Dichte]]-[[Fluktuation]]en wird vom Radar-Puls abgetastet, wobei die [[Schallgeschwindigkeit]] als Funktion der gemessenen [[Wellenlänge]] einer bekannten [[Frequenz]] bestimmt wird. Über die [[Pierre-Simon Laplace|Laplacesche]] Beziehung wird dann [[Schallgeschwindigkeit #Temperaturabhängigkeit|aus der Schallgeschwindigkeit die Temperatur abgeleitet]]. Die Reichweite der Temperaturmessung ist auf 4 km begrenzt durch die Reichweite des [[Akustik|akustischen]] Signals.

== Genutzte Frequenzen ==
Für die Bestimmung von Windgeschwindigkeiten kann jede Radarfrequenz als [[Sendefrequenz]] genutzt werden. Es ist ein Kompromiss zu schließen:
* je höher die Sendefrequenz, desto größer auch die Dopplerfrequenz bei gleicher Windgeschwindigkeit, weswegen höhere Frequenzen eine bessere [[Messgenauigkeit]] bieten; allerdings werden sie innerhalb von Wolken sehr stark [[Dämpfung|bedämpft]] und haben deswegen keine große Reichweite.
* tiefere Frequenzen können dichtere [[Wolkendecke]]n durchdringen, haben aber eine schlechtere Genauigkeit.

=== Bodengestützt ===
Die üblicherweise international für RWP genutzten Frequenz-Bereiche im [[VHF Omnidirectional Radio Range|VHF]]- bis [[Dezimeterwelle|UHF]]-[[Frequenzband|Band]] sind

# 46–68 MHz (typ. 50 MHz)<ref name=":7" details="No. 5.162A.">{{Literatur |Titel=ITU-RR (International Telecommunication Union Radio Regulations) Articles, Edition 2024 |Online=https://www.itu.int/pub/R-REG-RR-2024 |Abruf=2025-10-16}}</ref>
# 440 MHz bis 450 MHz (typ. 449 MHz)
# 470 MHz bis 494 MHz, (typ. 482 MHz)<ref name=":7" details="No. 5.291A." /> Auf der ''[[World Radio Conference|'''W'''orld '''R'''adio '''C'''onference]]'' 1997 (WRC-97) der [[International Telecommunication Union|ITU]] ('''''I'''nternational '''T'''elecommunication '''U'''nion'') wurden auch die folgenden Frequenzbereiche zugewiesen<ref>{{Literatur |Titel=Report ITU-R M.2013, Wind Profiler Radars, 1997 |Online=https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/R-REP-M.2013-1997-PDF-E.pdf |Abruf=2025-10-16}}</ref>
# 904 MHz bis 928 MHz nur in ITU Region 2 (typ. 915 MHz),
# 1270 MHz bis 1295 MHz (typ. 1290 MHz) und
# 1300 MHz bis 1375 MHz beschlossen.<ref>{{Literatur |Titel=Recommendation ITU-R M.1227-2, Technical and operational characteristics of wind profiler radars in bands in the vicinity of 1000 MHz, 1997-2000-2001 |Online=https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.1227-2-200108-I!!PDF-E.pdf |Abruf=2025-10-16}}</ref>

Es gibt aber auch vereinzelt WPR Systeme, die auf unüblichen Frequenzen wie z. B. 205 MHz<ref>{{Literatur |Titel=Radio Science Research Article 10.1002/2015RS005836, Validation of 205 MHz wind profiler radar located at Cochin, India, using radiosonde wind measurements, Ajil Kottayil, K. Mohanakumar, Titu Samson, Rejoy Rebello, M. G. Manoj, Rakesh Varadarajan, K. R. Santosh, P. Mohanan, K. Vasudevan, |Online= |Abruf=}}</ref> genutzt werden.

Die in Deutschland zugelassenen Frequenz-Bereiche für (meist bodenständige) Windprofil-Radargeräte sind:<ref name="BNA">[http://www.bundesnetzagentur.de/cln_1932/DE/Sachgebiete/Telekommunikation/Unternehmen_Institutionen/Frequenzen/Grundlagen/Frequenzplan/frequenzplan.html Frequenznutzungsplan der Bundesnetzagentur für Deutschland]</ref>
{| class="wikitable"
|+
|-
! min. Frequenz !! max. Frequenz !! im Frequenzband
|-
| 46 MHz || 68 MHz || VHF
|-
| 470 MHz || 790 MHz || UHF
|-
|1260 MHz || 1300 MHz || UHF (L-Band)
|}

=== Satellitengestützt ===
Bei [[Wettersatellit|satelliten]]<nowiki/>gestützten Radargeräten (Abstrahlung nach ''unten'') müssen durch die meist sehr große Höhe der [[Umlaufbahn]] über der [[Erdoberfläche]] oder der Wolkendecke Einschränkungen in der Genauigkeit durch die [[Divergenz (Optik)|Divergenz]] der elektromagnetischen Wellen hingenommen werden. Das kann kompensiert werden durch die Wahl extrem hoher Sendefrequenzen und daraus folgender höherer [[Richtwirkung]] bei kleineren geometrischen Abmessungen der Antennen; die höhere Dämpfung durch die Atmosphäre ist bei Messungen aus dem [[Weltall]] nur auf einem sehr kurzen Stück des Ausbreitungsweges wirksam. Von Satelliten aus werden zusätzlich folgende Frequenzbänder für die Erkundung von Wettererscheinungen genutzt:<ref name="BNA" />
{| class="wikitable"
|+
|-
! min. Frequenz !! max. Frequenz !! im Frequenzband
|-
| 5,250 GHz || 5,255 GHz || C
|-
| 9,300 GHz || 9,900 GHz || X
|-
| 13,25 GHz || 13,75 GHz || Ku
|-
| 24,05 GHz || 24,25 GHz || K
|-
| 35,5 GHz || 36,0 GHz || Ka
|-
| 94,0 GHz || 94,1 GHz || W
|-
| 130,0 GHz || 134,0 GHz || F
|-
| 237,9 GHz || 238,0 GHz || J
|}

== Geschichte ==
* 1966–1969: erste Versuche von Windmessungen mittels Radar in [[Wallops Island]]
* 1975: erstes spezielles Radar für Höhenwindmessungen nimmt in [[Boulder (Colorado)]] den Betrieb auf (Sunset-Radar)
* 1976: [[SOUSY]] (Sounding System) des [[Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung|MPAE]] arbeitet nahe [[Katlenburg-Lindau]]
* 1984: [http://ams.allenpress.com/perlserv/?request=get-abstract&doi=10.1175%2F1520-0426%281984%29001%3C0037%3ATCWPN%3E2.0.CO%3B2 Colorado Wind Profiler Network] mit fünf Profilern nimmt Arbeit auf
* 1991: [http://www.profiler.noaa.gov Wind Profiler Demonstration Network] arbeitet mit 32 Systemen
* ab 1996: der [[Deutscher Wetterdienst|Deutsche Wetterdienst]] beginnt mit der Entwicklung und dem Aufbau eines Profiler-Networks in Deutschland. Der [[Prototyp (Technik)|Prototyp]] wird am [[Meteorologisches Observatorium Lindenberg|Meteorologischen Observatorium]] [[Lindenberg (Tauche)|Lindenberg]] ([[Brandenburg]])<ref>{{Literatur |Titel=Neues von Rohde&Schwarz, Wind-Profiler für den Deutschen Wetterdienst, Heft 180 (2003/IV), S. 58 ff |Online=https://www.radartutorial.eu/15.weather/pubs/n180_windprofiler_de.pdf |Abruf=2025-10-16}}</ref> in Betrieb genommen. Es folgen Systeme in [[Ziegendorf]] ([[Mecklenburg-Vorpommern]]), [[Nordholz]] ([[Niedersachsen]]) und [[Bayreuth]] ([[Bayern]]).

== Siehe auch ==

* [[SODAR]] ('''''So'''und '''D'''etecting '''A'''nd '''R'''anging'', ein ein akustisches Fernmessverfahren zur Windmessung in der unteren [[Atmosphäre (Astronomie)|Atmosphäre]])

== Weblinks ==
{{Commonscat|Wind profilers|Wind Profiler}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Meteorologisches Messgerät]]
[[Kategorie:Wind]]
[[Kategorie:Radargerät]]

Wind Profiler - Versionsgeschichte

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