Streckenintegrierte Regenmessung mit dem Mikrowellendämpfungsdifferenzverfahren und Quantifizierung von Radarsignaldämpfung

摘要

The following article reports on path-integrated rainfall measurements using the attenuation difference of a dual-frequency microwave link. For analysis and assessment of the method, a microwave link with specific and carefully chosen frequencies operating at 10.5 and 17.5 GHz was installed over a path length of 29.6 km. In contrast to single-frequency links, the analysis of the rain-induced attenuation difference of the two carefully chosen frequencies provides a linear relation between the measured variable ,,attenuation difference" and the target variable,,rainfall intensity" which is almost unaffected by the microphysical rainfall properties (drop size distribution, drop shape, temperature). The method is assessed by comparisons with gauge observations in a close distance to the link path on a basis of 319 rainfall events. It is demonstrated that the accuracy of the link estimates depends strongly on the detailed determination of the beginning and end of a rainfall event within the link path. The results of the 10.5 GHz attenuation measurements in combination with frequency scaling is used to quantify the effect of rainfall induced radar signal attenuation at X- and C-band frequencies.%Im vorliegenden Beitrag wird über die streckenintegrierte Regenmessung mithilfe des Mikrowellendämpfungsdifferenzverfahrens berichtet. Für die Analyse und Bewertung des Verfahrens wurde über eine Entfernung von 29,64 km eine Mikrowellenverbindung mit spezifisch ausgewählten Frequenzen (10,5 GHz/17,5 GHz) zur Regenmessung installiert. Im Gegensatz zur Regenmessung mit Einzelfrequenzen beinhaltet die Betrachtung der Dämpfungsdifferenz spezifisch ausgewählter Frequenzen eine lineare Beziehung zwischen der Messgröße Dämpfungsdifferenz und der Zielgröße Regenintensität, die nahezu unabhängig von den maßgebenden Größen Tropfengrößenverteilung, Tropfenform und Temperatur des mikrophysikalischen Niederschlagsprozesses ist. Die Ergebnisse werden mithilfe von fünf Regenschreibern entlang der Verbindungsstrecke für insgesamt 319 Regenereignisse innerhalb eines Fünf-Jahres-Kontinuums verifiziert. Es wird gezeigt, dass die genaue Bestimmung von Ereignisbeginn und -ende von großer Relevanz für die Genauigkeit der abgeleiteten Regenintensitäten bzw. Ereignishöhen aus der gemessenen Dämpfungsdifferenz ist. Die Ergebnisse der Dämpfungsmessung der 10,5 GHz-Frequenz werden unter Anwendung einer Frequenzskalierung darüber hinaus verwendet, um den Einfluss der Dämpfung auf Regenmessung mit X- und C-Band-Radaren zu quantifizieren.