Laser für Schweizer Wetterfrösche

Die EPFL testete 2001 das LIDAR-Messsystem im Observatorium auf dem Jungfraujoch. epfl

Um eine verbesserte Wettervorhersage machen zu können, setzt MeteoSchweiz neu Lasertechnologie ein. Dank den Laserstrahlen kann die Feuchtigkeit in der Atmosphäre zeitgenau gemessen werden.

Ein in der Schweiz entwickeltes «Light Detection and Ranging» (LIDAR) genanntes Wetter-Messsystem ist Anfang Woche bei MeteoSchweiz in Payerne in Betrieb genommen worden. In diesem waadtländischen Ort betreibt MeteoSchweiz ein Zentrum für meterologische Messtechnik.

Das vorliegende High-Tech-System ist weltweit das einzige, das im Stande ist, kontinuierlich Daten über die vertikale Verteilung der Feuchtigkeit in der Atmosphäre bis auf eine Höhe von 10 km zu liefern.

Das funktioniert, indem ein Laserstrahl vertikal in den Himmel gefeuert wird, 30 mal pro Sekunde. Darauf wird das «Echo» gemessen. Dieses besteht aus reflektiertem Licht aus verschiedenen Schichten in der Atmosphäre. Daraus lassen sich vertikale Profile der Feuchtigkeit errechnen (Wasserdampf und Temperatur).

Wasserdampf und kleine Partikel

Das gleiche System vermag auch feine Partikel in der Luft festzustellen, zum Beispiel Pollen. Ab 2010 wird es sogar im Stande sein, dreidimensionale Temperaturprofile zu produzieren.

Laut MeteoSchweiz sollte diese neue Auflösung, die der Laserstrahl bringt, die Qualität der Wettervorhersagen stark verbessern.

«Es handelt sich um einen grossen Fortschritt», so Bertrand Calpini gegenüber swissinfo. Der Chef der Meteo-Schweiz-Station in Payerne meint, der Weg von einem Laboratorium zu einem Wetterservice, der Feuchtigkeit messen kann, komme einem technologischen Durchbruch gleich.

«Die Integration zeitgenauer Feuchtigkeits-Profile in unsere Vorhersage-Modelle führt zu besseren Schätzungen», sagt Calpini. «Denn gegenwärtig wissen wir nicht, ob die Luftschichten über uns, beispielsweise auf 1000 Metern Höhe, trocken oder feucht sind.»

Auch für Messung der Klimaerwärmung geeignet

Das Laser-System werde auch in der Evaluation der Klimaerwärmung eine wichtige Rolle spielen, sagt Patrick Aebischer, Präsident der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), wo das Instrumentarium entwickelt worden ist.

Das Laser-System ist das Produkt von 20 Jahren Forschung und Entwicklung, bei einer Zusammenarbeit der EPFL mit MeteoSchweiz, und teilweise unterstützt vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF).

Das Projekt sei ein ausgezeichnetes Beispiel eines Technologietransfers von einer Schule an ein Bundesamt, so Aebischer. Gemeint ist das Bundesamt für Meterologie und Klimatologie.

Laser funktioniert nicht bei Schnee und Regen

Die neue Laser-Methode bedeutet gegenüber den heute üblichen Wetterballonen einen bedeutenden Fortschritt. Die Ballone brauchen kostbare Minuten, bis sie in die oberen Schichten der Atmosphäre gelangen. Auch können sie nur einige Male pro Tag eingesetzt werden.

Doch werden die neuen Laser-Instrumentarien die bestehende Gerätschaft nicht vollständig ersetzen. Denn Laserstrahlen können nur in drei Vierteln der Zeit eingesetzt werden. Bei starker Bewölkung, Regen oder Schnee erblindet das System und funktioniert nicht. «Das Laser-Licht durchdringt dann die Wolken nicht», so Aebischer.

LIDAR: Schweiz weltweit an der Spitze

Deshalb wird MeteoSchweiz alle Messgeräte komplementär einsetzen: Ein Netzwerk an Messstationen am Boden, Ballon-Stichproben, Radar-Einsatz, Windstärke- und Temperaturmessungen.

LIDAR könnte weltweit zur Referenz solcher Systeme werden. Die World Meteorogical Organization hat das Laser-Projekt ständig begleitet, da diese neue Technologie wohl auch in die globalen Vorhersage-Systeme Eingang finden wird.

Gegenwärtig gilt das Schweizer System als das weltweit entwickeltste. Es schneidet besser ab als ähnliche Projekte in Deutschland, den USA oder den Niederlanden.

Was die Kostenhöhe betrifft, blieben die Behörden relativ vage: «750’000 Franken für die Hardware, und 20 Jahre Forschungsarbeit, was vom Aufwand her wohl in die Millionen geht.» Doch gelohnt habe sich diese Investition auf jeden Fall.

Der Projekt-Verantwortliche EPFL-Professor Hubert van den Bergh meint, dass sein LIDAR-Projekt als Referenz für existierende Systeme diene: «Diese Art von Datenübertragung befindet sich im Auftrieb.»

Bewegt man sich innerhalb der Schweiz 200 km nord- oder südwärts, variieren die Höhen vom 4000-er-Gipfel bis beinahe Meereshöhe. «In dieser Umgebung ist es äusserst schwierig, Wettervorhersagen zu machen.»

swissinfo, Simon Bradley, Payerne
(Übertragung aus dem Englischen: Alexander Künzle)

Fakten

MeteoSchweiz, das Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie, gehört zum Eidgenössischen Departement des Innern.

Es liefert der Bevölkerung, den Behörden und der Wirtschaft Wetter- und Klima-Informationen.

Das Bundesamt beschäftigt rund 270 Personen. 800 nicht-berufliche Wetterbeobachter kümmern sich um die Wetterstationen.

Die Hälfte des Budgets kommt über die Bundesbehörden. Die andere besteht aus Einnahmen für die gelieferten Informationen.

In Kürze

Wetterbezogene Daten werden in der Schweiz seit 1863 gesammelt.

Damals hat die Schweizerische Gesellschaft für Naturwissenschaften 88 Wetterstationen im ganzen Land aufgestellt.

1881 gründete der Bundesrat das Zentrale Meterologische Institut, heute MeteoSchweiz.

1927 wurde ein spezieller Wettervorhersage-Dienst für die zunehmende Luftfahrt eingerichtet.

1936 entstand das Sturmwarnungs-System für die Alpenregionen und die Seen.

1951 wurde ein eigener Wetterdienst für die Landwirtschaft eingerichtet.

1993 begann MeteoSchweiz mit dem täglichen Pollenbericht.

LIDAR

Light Detection and Ranging (LIDAR) ist eine optische, kabellos übertragbare Technologie.

Wie in der Radar-Technologie, die Radiowellen statt Licht nutzt, misst LIDAR die Eigenschaften und Grösse eines Objekts mit Daten, um weitere Informationen zu erhalten.

Gemessen wird die Zeit, die vergeht, wenn ein Impuls vermittel wird, bis reflektierte Signale entdeckt werden.

Anwendungen für LIDAR gibt es nicht nur in der Meterologie. Auch Archäologie, Geografie, Geologie, Geomorfology, Seismology, kabellose Signal-Übertragung und Atmosphären-Physik sind Anwendungsgebiete.