4.3 Niederschlagsmessung

4.3.1 Punktmessung

Die Ablesung der Niederschlagshöhe hN erfolgt in mm. Eigentlich wird ein Volumen [l/m²] Niederschlagswasser gemessen. Die Ablesung findet um 7:30 Uhr statt, der gemessene Wert gilt für den Vortag.

Hellmann-Niederschlagsmessgerät: Dieser nicht registrierende Totalisator ist einfach aufgebaut. Der "Hellmann" ist ein wichtiges und weit verbreitetes Messgerät für die hydrologische Forschung und Praxis. Er besteht im wesentlichen aus einem Auffangtopf mit einer Grundfläche von 200 cm².

Problematisch sind die großen Messfehler (20-100 %!) wegen kleiner Referenzfläche, Verdunstungs- und Spritzwassereinfluss, Schneehauben, Windeinfluss sowie Benetzungseinfluss (Messung erst ab bestimmtem Volumen) und Fehlern im Gefäß. Außerdem stören Inhomogenitäten in der Umgebung, z.B. bei Astwuchs, Hochhausbau. Das Gerät eignet sich nur für "Alltagsklimatologie". Im Hochgebirge beträgt die Auffangfläche 500 cm², zusätzlich sind hier Gefrier- (CaCl) und Verdunstungsschutz (Paraffinöl) sowie Windschutz nötig. Die zeitliche Auftragung erfolgt über Schreiber (Zylinder mit Schwimmer und Schreibarm, Trommel).

Abb. 4.3: Schematische Darstellung der Fehlerquellen bei der Erfassung des meteorologischen und hydrologischen Niederschlags (nach J.C.Rodda 1968, aus F. Wilhelm, Münchner Geogr. Abh. Bd. 15, 1975)
Abb. 4.4: Niederschlagssammler - Totalisator (nach Dracos 1980).
F: Auffangfläche
R: Windschutzring
S: Sammelgefäß
H: Ablaßhahn
Abb. 4.5: Selbstschreibender Niederschlagsmesser - Ombrograph (nach Dracos 1980).
A: Auffangtrichter
B: Messgerät
C: Schwimmer
D: Saugheber
E: Schreibtrommel mit innenliegendem Uhrwerk
F: Auffangfläche
G: Schreibfeder

Ombrometer: digitaler Tropfenzähler

Niederschlagswaage: auch für feste Niederschläge, digitale Aufzeichnung

Niederschlagsmesser Pluvio der Fa. Ott mit integriertem Datensammler. Die Niederschlagsmessung erfolgt mittels hochauflösendem elektronischem Wägesystem mit einer Auflösung bis zu 0,01 mm. Das Gewicht des im Auffangbehälter befindlichen Niederschlages, Hagel, Schnee wird von einer elektronischen Wägezelle erfasst. Eine prozessorgesteuerte Auswerteeinheit liefert ein temperaturkompensiertes und linearisiertes Ausgangssignal, welches direkt oder in einem integrierten Datensammler gespeichert werden kann.

Abb. 4.10: Der OTT-Niederschlagsmesser PLUVIO zur kontinuierlichen, automatischen Aufzeichnung der Niederschlagsmenge und -intensität. In Kombination mit dem integrierten Mehrkanal-Datensammler bietet die RS 232-Schnittstelle eine einfache Anbindung an verschiedenste Kommunikationssysteme zur automatischen Datenfernübertragung mittels Seriell Modem / GSM, Funk, Satellit, ... (Quelle: http://www.ott-hydrometrie.de/deutsch/cmcshome.htm).

Niederschlagsgeber mit Reedkontakt (Kippwaage) der Fa. Thies (http://www.thiesclima.com/ombrometer.htm). Durch die 200 cm² große Auffangfläche gelangt der Niederschlag über ein Einlaufsieb in die Wippe, welche aus zwei Wippschalen besteht. Nach der Aufnahme einer Niederschlagsmenge von 2 ml Niederschlag (1 Wippenschlag = 0.1 mm Niederschlag) kippt die Wippe um. Dieser Kippvorgang löst durch einen über an der Wippe befestigten Magneten in Verbindung mit einem Reed-Schalter ein elektrisches Signal aus. Das Signal wird aufbereitet und am digitalen Ausgang (Optokopler) als Impuls ausgegeben. Gleichzeitig wird das Eingangssignal in eine Analogwertänderung umgesetzt und am Analogausgang in Strom- oder Spannungswert zur Verfügung gestellt.

Abb. 4.11: Wippwaage, Niederschlagsganglinie (links) mit Impulsprotokoll (rechts).

Schneemessung: Schneedecke wird mit Zylinder (200 cm²) ausgestochen und Schnee gewogen. Schmelzwasseräquivalent (äquivalente Niederschlagshöhe) leicht zu berechnen (H2O-Dichte=1).

4.3.2 Radarmessung

Abb. 4.7: Ein Radarstrahl tastet das Zielgebiet ab (1). Der aus dem Niederschlagsgebiet zurückgestreute Teil der Sendeenergie wird gemessen (2).

Probleme: Der Durchmesser der Streupartikel (z.B. Tropfen) geht mit der 6. Potenz in die Berechnung des Rückstreuquerschnittes ein. Das Verfahren ist technisch aufwendig. Literaturhinweis: Riedl (1986).

Mit dem Aufbau eines Radarverbundnetzes von insgesamt 16 Radaranlagen in Deutschland ist der Deutsche Wetterdienst (DWD) in der Lage, eine umfassende Überwachung des aktuellen Niederschlagsgeschehens und eine flächendeckende Erfassung des Niederschlags zu gewährleisten. Das seit 2005 operationell verfügbare RADOLAN-Verfahren (Radar-Online-Aneichung) kombiniert die Messungen von Wetterstationen an einem bestimmten Ort mit den flächendeckenden Niederschlagsbeobachtungen des Wetterradars.

Radarbilder werden inzwischen auch von privaten Wetterdiensten angeboten. Bei Radar-Info sind Beispielbilder, ein kleines ABC der Radar-Meteorologie und technische Hintergrundinfos über Niederschlagsradar zu finden.

4.3.3 Niederschlagsmessnetze in Deutschland

Daten der Niederschlagsstationen (RR-Kollektiv: täglich/ Niederschlag ca 4500 Stationen)
An Niederschlagsstationen werden der Niederschlag und verwandte Parameter einmal täglich vorwiegend von Laien beobachtet. Zusätzlich werden aus den Datensätzen des KL-Kollektivs entsprechende Datensätze mit Niederschlagsinformationen extrahiert.

Umfang der Daten: ca 4400 Stationen mit ca. 8 kb/Stationsjahr

  • ABL: längste Reihe seit 1876, im Mittel seit 1937
  • NBL: seit 1951 Daten vorhanden, flächendeckend jedoch seit 1969; seit 1991 Datenaufbereitung wie in den alten Bundesländern

Aktuelles Messprogramm:

Der Beobachtungstermin ist an den reinen Niederschlagsstationen 7.30 gesetzliche Zeit (GZ). Nur an den Stationen, die gleichzeitig Klimastationen sind, wird um 7.30 MEZ gemessen.

  • täglich (7.30 GZ bis 7.30 GZ des Folgetages):
    • Niederschlagshöhe
  • zusätzlich seit 1979 in den ABL und seit 1991 in den NBL um 7.30 GZ:
    • Erdbodenzustand
    • Schneehöhe, Art der Schneedecke
    • Neuschneehöhe (7.30 GZ des Vortages bis 7.30 GZ)
  • täglich (00 - 24 GZ) seit 1979:
    • Angaben über gefallenen Niederschlag
    • bis 1990 nur in den ABL Angaben über besondere Wettererscheinungen (z.B. Gewitter, Nebel)

Der Beobachtungstermin für die täglichen Niederschlagsmessung ist bei den reinen Niederschlagsstationen 7.30 gesetzliche Zeit (MEZ oder MESZ). Nur an den Klimastationen werden die Niederschlagsmessungen kurz nach 7.30 MEZ durchgeführt. Die aktuellen Daten werden mit der Datenkennung RR im Format RR_90 archiviert.

In den alten Bundesländern (Datenkennung RR) wurden die Niederschlagsdaten aller Niederschlagsstationen, Klimastationen und synoptisch - klimatologischer Meldestellen bis einschließlich 1978 in reduzierter Form (nur Daten der täglichen Niederschlagshöhe) verarbeitet und archiviert. Seit 1979 werden die Niederschlagsdaten mit zusätzlichen Informationen über Erdbodenzustand, Wetterereignisse und Schnee bearbeitet. Ab 1.1.1971 wurde die Niederschlagshöhe auf den Tag bezogen, an dem der Niederschlag gefallen ist (ein Tag bevor er gemessen wurde).

Weitere Informationen beim Deutschen Wetterdienst.