Niederschlagsspektren, die Aufschluss über die Größenverteilung von Hydrometeoren (Regen, Graupel, Schnee etc.) geben, spielen in der Wolkenphysik und Radarmeteorologie eine wichtige Rolle. Die neu entwickelte Flying Parsivel-Sonde („particle sice and velocity“, FLYP) misst als Aufstiegssonde solche Größenverteilungen mit einem optischen Verfahren.

Die Flying Parsivel Sonde.

Flying Parsivel-Sonde (FLYP), geöffnet. Links des Messschachts (Mitte) befindet sich die Laser-Diode, rechts die Photodiode.

Die Flying Parsivel-Sonde wurde am IMK-TRO entwickelt. Sie basiert auf dem optischen Distrometer Parsivel: mit Hilfe eines Laserbands werden die Anzahl, der Durchmesser (0,3 bis 25 mm) und die Fallgeschwindigkeit (0.1 bis 20 ms-1) von Hydrometeoren gemessen. Mit diesen Informationen kann auch die jeweilige Niederschlagsart identifiziert werden (Regen, Schnee, Graupel etc).
Die Sonde wird an einem Heliumballon aufgelassen. Durch den gleichzeitigen Einsatz einer am IMK-TRO entwickelten Radiosonde; am selben Ballon stehen die Position und die meteorologischen Variablen (Temperatur, Feuchte, Wind) zur Verfügung. Über die Elektronik dieser Radiosonde wird die Abtrennung der Sonden vom Ballon in einer vorgebbaren Höhe (z.B. 12 km NN) durchgeführt. Nach der Landung wird die GPS-Position per SMS übertragen, und die Radiosonde und FLYP-Sonde können geborgen werden.

Schematische Darstellung von Niederschlagspartikeln, die durch das Lichtband fallen (links), und des Messsignals eines Partikels (rechts).

Messprinzip:
Mit einer Laserdiode (Wellenlänge: 680 nm) wird ein flaches horizontales Lichtband erzeugt, das auf eine Photodiode fokussiert ist, die das Lichtband in ein elektronisches Signal konvertiert. Wenn ein Niederschlagspartikel durch das Lichtband fällt, wird ein Signal erzeugt (dynamisches Abfallen der Spannung). Die Amplitude des Signals hängt linear von der durch das Partikel abgeschatteten Fläche ab und ist somit ein Maß für die Größe des Partikels. Aus der Signaldauer kann die Fallgeschwindigkeit abgeleitet werden.

Die Labor-Erprobungsphase der Sonde ist abgeschlossen, und derzeit befindet sich die Flying Parsivel (FLYP)-Sonde in der Erprobung unter atmosphärischen Bedingungen.

Beispiele für gemessene Regentropfen (links) und gemessene Eispartikel (rechts). Aufgetragen ist die Anzahl von Partikeln (farbkodiert) über dem kugelvolumenäquivalenten Durchmesser D0 und der Fallgeschwindigkeit v. Die Kurve gibt die empirisch ermittelte Beziehung für Regentropfen (nach Gunn und Kinzer) wieder. 

Links:

Niederschlagsmessung mit einem neuartigen optischen Distrometer (Flying Parsivel-Sonde)