Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I
Themen:
Vorlesung 3
Ermittlung des Gebietsnieders...
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
[mm/h]
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Die einfachste Methode
zum Übergang vom
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
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Die einfache Mittelwert-
bildung ist ausreichend,
wenn ein dichtes Mess-
stellennetz...
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Mit der Thiessen-
Polygon-Methode
werden Einflussflächen
für jede Station gebildet.
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
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Methode wird der
Flächenniederschlag mit
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Isohyetenmethode
Bei dieser Methode werden aus den Angaben der Stationsnieder-
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
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In Einzugsgebieten, bei denen die Variation der Niederschläge über
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Bildquelle: DWD
Prinzipskizze der Radarmessung
Niederschlagsradar
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
DWD Radarverbund
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Pulsvolumen V
Öffnungswinkel = 1°
Pulsvolumenhöhe c*
Radarniederschlagsmessung
PE = C * U² ...
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Mit Hilfe von Niederschlagsmessungen können sowohl qualitative
als auch quantitative Angabe...
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Die Fehlereinflüsse bei der
Radarmessung sind im
wesentlichen:
 die Aggregationszustände
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Niederschlagsintensitäten der
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Beispiel: Kaltfront
Bildquelle: Prof. Simmer
Beispiel für ein Radarbild
einer Kaltfront mit...
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Beispiel: Kaltfront
Kaltfront Ereignis im
Februar.
Die Zugbahn der Front
kann im Elevations...
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Bildquelle: DWD
Satellitenaufnahmen
(hier METEOSAT) erlauben
durch Spektralaufnahmen
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken
Bildquelle: EUMETSAT
Wasserdampfabsorbtions-
band (5,7 – 7,1 m)
zur Bestimmung des
Wasserda...
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Infraroter Spektralbereich
(10,5 – 12.5 m) zur
Temperaturbestimmung
in den Wolken
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RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag

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Vorlesung Hydrologie I
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Ermittlung des Gebietsniederschlages
Niederschlagsradar

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RWTH Aachen Ingenieurhydrologie - Vorlesung Hydrologie I: Gebietsniederschlag

  1. 1. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Themen: Vorlesung 3 Ermittlung des Gebietsniederschlages Niederschlagsradar
  2. 2. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken [mm/h] [mm/h] [mm/h] [mm/h] Die einfachste Methode zum Übergang vom Stationsniederschlag (Punktniederschlag) auf den Gebietsniederschlag (Flächenniederschlag) ist die Mittelwertbildung in Form des Arithmetischen Mittels. hN = 1 n å i =1 n hNi Gebietsniederschlag
  3. 3. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken [mm/h] Die einfache Mittelwert- bildung ist ausreichend, wenn ein dichtes Mess- stellennetz vorliegt und / oder Angaben für Zeitintervalle in der Größenordnung von Monats- bzw. Jahres- niederschlägen ermittelt werden müssen. Für kleine Zeitintervalle ist diese Methode nicht zu empfehlen. Ergebnis: Arithmetisches Mittel
  4. 4. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Mit der Thiessen- Polygon-Methode werden Einflussflächen für jede Station gebildet. Dabei wird postuliert, dass der Niederschlag in der Einflussfläche dem Stationsnieder- schlag entspricht. A1 A2 A3 A4 Thiessen-Polygon-Methode
  5. 5. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bei der Inverse-Distanz- Methode wird der Flächenniederschlag mit Hilfe einer orthogonalen Rasterbildung und Wichtung der nächst- gelegenen Stations- niederschläge in den vier angrenzenden Quadranten gebildet. Dabei geht die Entfernung der Nieder- schlagsstation um- gekehrt proportional in die Wichtung ein. d3 d1 d2 wij = 1 dij ² å i =1 4 1 dij ² hNj = å i =1 4 wi hNi Inverse-Distanz-Methode
  6. 6. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Isohyetenmethode Bei dieser Methode werden aus den Angaben der Stationsnieder- schläge Linien gleicher Niederschlagshöhen ( = Isohyeten ) durch den räumlichen Abstand interpoliert. Der Gebietsniederschlag ergibt sich aus: Das Verfahren kann orographische Einflüsse und Reliefeffekte (bei der Interpolation) berücksichtigen. Die Methode ist nicht frei von subjektiven Einflüssen des Bearbeiters. Zum Einsatz gelangt das Isohyetenverfahren bei der Angabe von Jahresniederschlägen. ÃAP = 1 AE å i =1 n Pi Ai Isohyetenmethode
  7. 7. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Hypsometrische Kurve In Einzugsgebieten, bei denen die Variation der Niederschläge über die Geländehöhe größer ist als über die horizontale Ausdehnung, kann eine Auswertung der Gebietsniederschläge mit der Hypsometrischen Kurve erfolgen. Dafür werden die Wichtungsfaktoren über höhenabhängige Flächenanteile ermittelt. Die Methode ist ebenfalls stark abhängig von der Erfahrung des Anwenders und nur für lange Niederschlagsdauern zu verwenden [Monats- und Jahresniederschläge] 900 700 500 [mNN] N3 N1 N2 [%] A1 A3A2 Hypsometrische Kurve
  8. 8. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: DWD Prinzipskizze der Radarmessung Niederschlagsradar
  9. 9. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken DWD Radarverbund
  10. 10. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Pulsvolumen V Öffnungswinkel = 1° Pulsvolumenhöhe c* Radarniederschlagsmessung PE = C * U² * 1/r² * z [w] PE = Empfangsleistung C = Gerätekonstante U = Rayleighapproximations- Faktor r = Zielentfernung Z = Reflektivitätsfaktor
  11. 11. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Mit Hilfe von Niederschlagsmessungen können sowohl qualitative als auch quantitative Angaben zur räumlichen Verteilung von Niederschlägen gewonnen werden. Aus der Reflexion der rückgestrahlten Energie des Radar lässt sich ein Rückschluss auf die Niederschlagsintensität ziehen. Z = a I b Z = Reflektivitätsfaktor ( Radarecho ) I = Niederschlagsintensität [mm/h] a,b = Parameterkonstanten b ~ 1,6 a = 140 bei Nieselregen a = 200 im Mittel a = 500 bei Gewitter Radarniederschlagsmessung
  12. 12. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Die Fehlereinflüsse bei der Radarmessung sind im wesentlichen:  die Aggregationszustände des Wassers  die Größe der Niederschlagsteilchen Radarniederschlagsmessung L rr r r r rmax Radarbin
  13. 13. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Eine Abweichung in der Größenordnung von 20% zu den Niederschlagsintensitäten der Regenschreiber ist eher die Regel als die Ausnahme. Radarsensoren neigen bei Starkregen zu sehr großen Unterschätzungen der Niederschlagsmengen [Grund dafür sind Dämpfungseffekte] Radarniederschlagsmessung L rr r r r rmax Radarbin
  14. 14. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bonner Niederschlagsradar
  15. 15. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Beispiel: Kaltfront Bildquelle: Prof. Simmer Beispiel für ein Radarbild einer Kaltfront mit kräftigen Regenschauern. Die Schauer verlaufen linienförmig über das Einzugsgebiet.
  16. 16. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Beispiel: Kaltfront Kaltfront Ereignis im Februar. Die Zugbahn der Front kann im Elevationsscan gut nachvollzogen werden. Bildquelle: Prof. Simmer
  17. 17. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: DWD Satellitenaufnahmen (hier METEOSAT) erlauben durch Spektralaufnahmen Rückschlüsse über den Wassergehalt der Wolken und die Temperatur- verhältnisse in den Wolken. Die geostationären Satelliten (~36.000 km Höhe) messen in drei Spektralbereichen: Sichtbarer Spektralbereich (0,5 - 0,9 m) Niederschlagsindex per Satellit
  18. 18. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bildquelle: EUMETSAT Wasserdampfabsorbtions- band (5,7 – 7,1 m) zur Bestimmung des Wasserdampfgehaltes in 5 – 10 km Höhe METEOSAT Satellit
  19. 19. Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Infraroter Spektralbereich (10,5 – 12.5 m) zur Temperaturbestimmung in den Wolken METEOSAT Satellit

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