Der Lufft Wolkenhöhensensor und die Festlegung offizieller Standards

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Die Ceilometer-Ausschreibungen

Innerhalb der letzten Wochen gewann Lufft zwei große Ausschreibungen – eine des KNMI (Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut, zu Deutsch: Königlich Niederländisches Meteorologisches Institut) und eine andere des DWD (Deutscher Wetterdienst). Beide suchten nach einem Wolkenhöhensensor, der bis zu 12 Kilometer in die Höhe messen kann. Der Lufft CHM 15k schafft sogar 15 Kilometer und erkennt dabei verschiedene Wolkenschichten. Beide Wetterdienste erneuern oder ergänzen  mit diesen Ausschreibungen ihr existierendes Messnetz. KNMI ersetzt dabei über einen Zeitraum von 2 Jahren 39 Geräte. Der DWD  installiert in den nächsten Jahren über 100 Geräte.

Die Wetterdienste verwenden  die Ceilometer für verschiedene Anwendungen und beliefern verschiedene Interessengruppen mit den gewonnenen Messdaten. Dazu gehören zivile und militärische Flughafenbetreiber und Flugwetterberater, Umweltmesstechniker und Klimaforscher. Diese möchten insbesondere herausfinden, wie Partikelverteilungen in der Atmosphäre, die Bestimmung der Mischungsschichthöhen prognostiziert werden können und wie sich Wettervorhersagemodelle verbessern lassen, indem diese mit zusätzlichen Aerosoldaten gefüttert werden. Damit kann man dann zum Beispiel lokale Starkregen besser ankündigen. Beim KNMI liegt ein zusätzlicher Fokus auf Offshore-Anwendungen, bei denen der Flugverkehr von und zu Wind und Montageplattformen die Wolkeninformationen beeinflusst.

Solch große Entscheidungen dauern meist über ein Jahr und sind immer mit sehr vielen Formalitäten verbunden. Deshalb kümmert sich Lufft nicht nur um die Beantwortung aller Fragen sondern auch darum, das (zukünftige) Anwender der (optischen) Sensoren umfangreich geschult werden – entweder per Fern-Webinar oder in Form von Hands-on-Workshops an den Lufft-Standorten.

Optische Sensoren von Lufft

Die optischen Sensoren von Lufft, die momentan den Schneehöhen- sowie den Wolkenhöhesensor umfassen, werden mit mir als Geschäftsbereichsleiter an unserem Standort in Berlin entwickelt. Daher finden die derzeitigen CHM 15k-Schulungen im Adlershof, dem Berliner Technologiepark, auf dem sich die Lufft-Büros befinden, statt.

Aber was zeichnet den CHM 15k Wolkenhöhensensor aus?

Das doppelwandige Gehäuse in Kombination mit dem integrierten Lüfter sowie einer automatischen Heizung wappnet den Wolkenhöhensensor gegen Beschlagen, Niederschläge, Frost oder Überhitzung. Er ist mit einer sehr sensiblen Optik ausgestattet und erzielt dadurch präzise Ergebnisse. Außerdem besitzt er eine solide und langlebige Laserquelle, Filter mit schmaler Bandbreite und hochsensitive Fotodetektoren. Dadurch misst er multiple Wolkenschichten, ist augensicher, wartungsarm und dank der Modularität wartungsfreundlich. Mithilfe der bedienfreundlichen Software lassen sich Messdaten einfach speichern, auswerten und das Gerät einstellen. Die durch die Rückstreuung gewonnenen Daten werden im NetCDF-Format ausgegeben.

Die Standardisierung von Wolkenhöhemessgeräten

Zwischenzeitlich wurden drei LIDAR-bezogene Standards von deutschen und internationalen Standardisierungsorganisationen veröffentlicht. Dies geschah in Zusammenarbeit mit LIDAR-Technik-Entwicklern, -konstrukteuren, und -anwendern, die sich auf die Festlegung sinnvoller Standards spezialisiert haben. Zwei deutsche Standards wurden bereits vom ISO (Internation Standardisation Organisation) als international akzeptiert und genehmigt. Im Moment wird in Deutschland noch ein weiterer LIDAR-bezogener Standard entwickelt.

Der zunehmend vielfältige Einsatzbereich von Wolkenhöhenmessern als „kleine“ Lidar-Systeme macht es notwendig die Technologie für den Anwendungsbereich „Partikelmessungen“ zu vereinheitlichen. Ein gutes Beispiel für den Grund solcher Maßnahmen ist der Ausbruch des Eyjafjallajökull-Vulkans im Jahre 2010. Damals war der CHM 15k bereits verfügbar und als einziger in der Lage, Informationen über die vertikale Struktur sowie die Ausbreitung der Aschewolke zu liefern. Der Vorteil dieses Instruments wurde vor allem im direkten Messnetzwerks-Vergleich verschiedener eingesetzter Geräte deutlich.  Zu jener Zeit konnten die ergänzenden Messdaten der Geräte aber noch nicht in Echtzeit verarbeitet werden. Daher wurde die Ausbreitung der Aschewolke über Europa erst im Nachhinein detailgetreu und mit hoher Auflösung simuliert.

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 Erkennung Aschewolke mit CHM 15k – Hohenpeissenberg 2010, Quelle: DWD

In derartigen Fällen macht eine Standarisierung der Aerosol- und der damit verbundenen Wolkenhöhe-Messung besonders Sinn. Nur wenn die Messgeräte weltweit vergleichbare Messdaten liefern, können diesbezügliche Regeln beispielsweise für den internationalen Flugbetrieb aufgestellt werden. Wesentliche Aufgaben im Bereich der Luftreinhaltung werden in Deutschland durch den Normausschuss „NA 134“, der Kommission zur Luftreinhaltung (KRDL), dem Verein Deutscher Ingenieure (VDI) sowie das Deutsche Institut für Normung (DIN) durchgeführt. Ferner wird noch die WMO (World Meteorological Organization), vertreten durch deren zugehörige technische Kommission für Instrumente und Methoden (CIMO), zur Beobachtung miteinbezogen.

Die Einordnung verschiedener Lidar-Systeme auf dem Markt in Nutzungsklassen wird durch die Einführung eines Standards für Partikel- bzw. Aerosolmessungen in Zukunft besser möglich sein.  Lufft verfolgt mit seinen Wolkenhöhenmesser das Ziel hier höchsten  Anforderungen zu erfüllen,  die die zuverlässige Erkennung verschiedener Partikelschichten, Wolkenuntergrenzen und weitere Ableitungen von Messprofilen bei einem guten Preis/ Leistungsverhältnis bieten.

Weiterführende Links:
– DWD Ceilomap
– Interpretation der Messwerte zur Erkennung der Aschewolke in 2010 durch den DWD
– Nähere Infos zur Ausschreibung des DWD
– Nähere Infos zur Ausschreibung des KNMI

portrait_wille Informationen zum Autor:
Mein Name ist Holger Wille und ich arbeite für die Firma Lufft als Leiter des 2014 gegründeten Standortes Berlin. Dort beschäftigen wir uns mit dem Vertrieb und der Entwicklung laseroptischer Sensoren, derzeit liegt unser Fokus auf Schneehöhen- und Wolkenhöhensensoren. Für diesen Produktbereich arbeite ich als Produktmanager zwischen Vertrieb, Fertigung und Entwicklung und bin im VDI als Experte im NA134 tätig.
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