Das bordseitige Wetterradar ist eines der wichtigsten Geräte in einem Flugzeug, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Piloten nutzen das Radar, um konvektives Wetter in der Flugroute zu erkennen und zu bewerten. Anhand dieser Einschätzung kann dann das Ausweichmanöver geplant werden, bevor das Flugzeug auf sie trifft.

Wie funktioniert das Wetterradar?

Das luftgestützte Wetterradar besteht aus folgenden Komponenten:

einem Sender

einem Empfänger

einer Antenne

der Steuerung und Anzeige im Cockpit.

Die Antenne des Wetterradars wird mit Hilfe von Trägheitsdaten, die von den Trägheitsreferenzeinheiten des Flugzeugs gesendet werden, in ihrer Lage stabilisiert. Das bedeutet, dass die Antennenposition unabhängig von der Bewegung des Flugzeugs statisch bleibt. Dies gewährleistet ein einwandfreies Radarbild für die Piloten.

Das Wetterradar in Flugzeugen ist in der Regel in der Bugspitze untergebracht.

Das Radar funktioniert nach dem Echoprinzip. Der Radarsender erzeugt ein Signal, das von den Wassertröpfchen in den Wolken reflektiert wird. Die reflektierten Signale werden dann vom Empfänger aufgefangen und verarbeitet, um den Piloten die Wetteranzeige zu liefern. Das Signal besteht aus einem schmalen Funkstrahl mit einer Breite von etwa 3 Grad.

Die Strahlenbreite muss so schmal wie möglich sein, da breitere Strahlen dazu führen können, dass das Radar das Wetter falsch interpretiert. Dies liegt daran, dass breitere Strahlen die Wirksamkeit des Radars in der Ferne verringern. Die Piloten müssen das Wetter weit im Voraus kennen, damit sie ihre Ausweichmanöver planen können. Bei einem breiten Strahl kann das Radar zwei getrennte konvektive Wolken als eine interpretieren, bis das Flugzeug den Wolken zu nahe kommt.

Die Verwendung engerer Strahlen ist daher unerlässlich. Engere Strahlen erfordern jedoch eine große Antenne. Dies ist nicht sehr praktisch, da die Größe der Antenne, die von Flugzeugen mitgeführt werden kann, begrenzt ist. Die gute Nachricht ist, dass es eine andere Möglichkeit gibt, die Strahlenbreite zu verringern: die Verwendung von Wellen mit einer kürzeren Wellenlänge. Daher arbeitet das Radar mit einer deutlich höheren Frequenz von etwa 9375 MHz. Daraus ergibt sich eine Wellenlänge von etwa 0,032 m oder 3,2 cm. Sie wird mit Hilfe der Wellengleichung wie folgt berechnet:

Lambda (Wellenlänge) = 300 m / 9375 MHz

= 0,032 m/ 3,2 cm

Diese Wellenlänge entspricht auch ungefähr dem Durchmesser eines großen Wassertropfens. Mit der Frequenz und der Wellenlänge ist also eine sehr genaue Wetterinterpretation möglich.

Wie die Strahlenbreite die Radardarstellung beeinflusst.

Bei breiteren Strahlen können zwei getrennte Wolken vom Wetterradar als eine einzige Einheit erkannt werden. Bild: Oxford ATPL

Wetterradaranzeige und Bedienelemente

Das Wetter wird dem Piloten auf dem Navigationsdisplay im Cockpit angezeigt. In älteren Flugzeugen hat das Wetterradar ein eigenes Display.

Die meisten modernen Wetterradargeräte haben Farbdisplays. Die Farben richten sich nach der Intensität der Niederschläge in einer Wetterzelle. Die Farbcodes lauten wie folgt:

SCHWARZ – Weniger als 0,7 mm/Std. (sehr geringe bis keine Rückflüsse)

GRÜN – 0,7 bis 4 mm/Std. (leichte Regenfälle)

GELB – 4 bis 12 mm/Std. (mittlere Rückflüsse)

ROT – Mehr als 12 bis 15 mm/Std. (starker Rückfluss)

MAGENTA – Mehr als 50 mm/Std.

Prinzip des Wetterradars

Die Radaranzeige ist je nach Intensität des Niederschlags farblich gekennzeichnet.

Der Pilot kann das Wetterradar über verschiedene Eingabeoptionen auf dem Wetterradar-Bedienfeld steuern. Eine der wichtigsten dieser Steuerungen ist die Radarneigung. Die Radarneigung ist der Winkel zwischen dem Radarstrahl und dem Horizont. Wie bereits erwähnt, wird das Radar nicht durch die Nick-, Gier- und Rollbewegungen des Flugzeugs beeinflusst, es sei denn, der Pilot spielt mit der Neigungssteuerung.

Die Neigung muss vom Piloten so eingestellt werden, dass das Radar immer auf den konvektivsten Teil der Gewitterzelle gerichtet ist. Im Steigflug wird die Neigung des Radars aus diesem Grund abgesenkt und im Sinkflug schrittweise erhöht. Bei einer Reiseflughöhe von etwa 35.000 Fuß befindet sich die Radarneigung etwa -1,50 Grad unter dem Horizont.

Dadurch kann das Radar die unteren Bereiche der Wolken betrachten, in denen die meisten konvektiven Wetterlagen auftreten. Ist die Neigung des Radars bei Flügen in großen Höhen zu hoch, kann es nur die oberen Teile der Zelle erfassen, die hauptsächlich aus schwer zu erkennenden Eiskristallen bestehen. Dies könnte den Piloten einen falschen Eindruck vom bevorstehenden Wetter vermitteln.

Einstellung der Radarneigung

Die Neigung des Radars muss so eingestellt werden, dass der konvektivste Teil der Zelle erfasst wird.

Der nächste verfügbare Regler ist der Verstärkungsregler. Dies ist ein wichtiges Hilfsmittel, das von Piloten bei der Wetteranalyse eingesetzt werden kann. Wenn die Verstärkung des Radars erhöht wird, wird die Farbkalibrierung des Wetterradars so angepasst, dass das Wetter stärker erscheint. Die Verstärkung kann verwendet werden, um eine Zelle zu beurteilen, die weit vom Flugzeug entfernt ist.

Wenn das Wetter jedoch in der Nähe ist und es stark regnet, kann eine erhöhte Verstärkung die Wetteranzeige übersättigen. Daher sollte diese Funktion nur für die Untersuchung von entferntem Wetter verwendet werden.

Die Bedienung des Wetterradars ist in den Händen eines sachkundigen Piloten stark verbessert. Um das Verhalten von Gewitterzellen zu verstehen und die Radarsteuerung effektiv zu nutzen, ist ein gewisses Maß an Wissen erforderlich.

Eine der größten Täuschungen des Wetterradars ist der so genannte Abschwächungseffekt. Dieser tritt auf, wenn starker Regen (der stark reflektiert) das dahinter liegende konvektive Wetter blockiert. Dies kann dazu führen, dass die Piloten ein falsches Bild von den vorausliegenden Bedingungen erhalten, da das Radar das verborgene Wetter möglicherweise nicht erkennen kann. Dies ist auch als Sturmschatteneffekt bekannt.

Im Jahr 2002 musste eine Boeing 737 der Garuda Indonesia nach einem Flammabriss zweier Triebwerke auf dem Wasser landen. Die Ursache des Flammenausbruchs war das Eindringen von starkem Regen und Hagel in die Triebwerke. Die anschließende Untersuchung ergab, dass die Piloten aufgrund der Radarabschwächung unwissentlich in ein Gebiet mit starker Konvektion eingedrungen waren. Es stellte sich heraus, dass die Fluggesellschaft ihre Piloten nicht formell im Umgang mit dem Wetterradar geschult hatte.

Aufgrund des Dämpfungseffekts ist es niemals empfehlenswert, eine Gewitterzelle zu durchfahren, auch wenn das Ende der Zelle auf dem Radarbild keine Anzeichen starker Konvektion zeigt. Einige Radargeräte verfügen über eine Funktion namens Rain Echo Attenuation Compensation Technique (REACT). REACT kann eine Abschwächung erkennen, indem es die Intensität der Signale misst und die Bereiche hervorhebt, in denen das interpretierte Wetter zweifelhaft ist.

Wie nutzen Piloten das Wetterradar, um Gewitterzellen zu vermeiden?

In erster Linie wird das Wetter mit Hilfe des Radars und seiner Kontrollfunktionen erfasst. Dann wird die Wetterradaranzeige analysiert, um den größten Konvektionsbereich zu finden. Ein rotes oder magentafarbenes Ziel wird beispielsweise als Gebiet mit dem höchsten Risiko angesehen. Sobald die Analysephase abgeschlossen ist, kann die eigentliche Ausweichbewegung beginnen. Es wird dringend empfohlen, das Ausweichmanöver so schnell wie möglich einzuleiten. Sobald sich das Wetter im Bereich von 80 NM befindet, muss entschieden werden, wo und in welche Richtung das Ausweichmanöver erfolgen soll.

Als allgemeine Regel gilt, dass das Wetter immer mindestens 20 NM vom Bereich der größten Gefahr seitlich umgangen werden muss. Es wird auch empfohlen, auf die windzugewandte Seite der Zelle auszuweichen, da das Wetter dazu neigt, sich mit dem Wind zu bewegen. Bei einer Abweichung nach Lee könnte das Wetter das Flugzeug einholen, so dass eine noch größere Abweichung erforderlich wird.

Von vertikalen Ausweichmanövern, bei denen versucht wird, an der Wetterlage „hochzuklettern“, wird dringend abgeraten. Einer der Gründe dafür ist, dass Düsenflugzeuge in großen Höhen nahe an ihren Buffeträndern für niedrige und hohe Geschwindigkeiten liegen und in ihrer Leistung begrenzt sind. Unter solchen Bedingungen ist es keine gute Idee, in Turbulenzen zu geraten, da die Gefahr eines Kontrollverlusts besteht.

Der andere Grund ist, dass die Wolken in großen Höhen sehr unberechenbar und mächtig sind. Es ist wichtig, sich vor Augen zu halten, dass sich nur eine sehr konvektive Wolke in einer Höhe von über 30.000 Fuß halten kann. Die Wolke könnte sich vertikal so schnell aufbauen, dass sie das Flugzeug verschlingen könnte, bevor es aus ihr aufsteigen kann.