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Blitzortung

Eine Blitzentladung sendet elektromagnetische Impulse in einem breiten Frequenzbereich aus, von sehr niedrigen Frequenzen bis hin zum sichtbaren Spektrum (das „Licht“ des Blitzes) und darüber hinaus. Ein Teil dieses Spektrums besteht aus NF-Wellen (Niederfrequenz), die sich vom Entladungsort über Hunderte von Kilometern in alle Richtungen über den Boden ausbreiten.

Blitzortungssensoren sind elektromagnetische Antennen, die in der Lage sind, lokale Veränderungen des elektromagnetischen Feldes, die durch Blitze verursacht werden, zu erkennen und zu charakterisieren. Diese Sensoren funktionieren nicht unabhängig voneinander, sondern als Netzwerk. Das bedeutet, dass die von allen LS7002-Sensoren in Echtzeit gelieferten Daten von einer Software namens TLP (Total Lightning Processor) verarbeitet werden, die die Position des Bogens und seine elektrischen Eigenschaften (max. Amplitude des Stroms und Polarität) berechnet. Im Gegensatz zu einzelnen Sensoren wie Wetterstationen liefert ein solches Netz einen lückenlosen Erfassungsdatensatz für das gesamte abgedeckte Gebiet.

Blitze bestehen aus mehreren Arten von elektrischen Entladungen, die darauf abzielen, die in der Gewitterwolke und am Boden verteilten elektrischen Ladungen zu neutralisieren. Diese Entladungen, die durch die innerhalb der Wolke und zwischen der Wolke und dem Boden vorhandenen starken elektrischen Felder entstehen, übertragen elektrische Ströme, die von wenigen Ampere bis zu mehreren Hundert Ampere reichen.

Wenn eine Entladung zwischen der Wolke und dem Boden erfolgt, unabhängig von ihrer Richtung (abwärts oder aufwärts), spricht man von einer Fangentladung oder einem Bogen. Mehrere Fangentladungen können in einem oder mehreren Kanälen fließen, wobei jeder Kanal einen Bodenkontaktpunkt erzeugt. Wenn die Entladung innerhalb der Wolke erfolgt, wird sie als Wolke-Wolke-Impuls bezeichnet.

Ein Blitz entsteht durch das Zusammentreffen aller Entladungen, Bögen oder Wolke-Wolke-Impulse. Aus historischen Gründen definieren die Betreiber von Blitzortungssystemen einen Wolke-Boden-Blitz anhand der Merkmale der ersten Fangentladung oder des ersten Wolke-Wolke-Impulses bei einem Wolke-Wolke-Blitz.

Die LS7002-Sensoren von Vaisala liefern zwei Schlüsselparameter, die zur Lokalisierung von Blitzen verwendet werden: die Richtung, aus der das elektromagnetische NF-Signal Niederfrequenz) in Bezug auf den geografischen Norden eintrifft, und die Empfangszeit am Sensor. Dadurch können Netze, die aus solchen Sensoren bestehen, wie es beim METEORAGE-Netz der Fall ist, die Vaisala-IMPACT-Methode (IMProved Accuracy from Combined Technology) verwenden, die sowohl Winkel als auch Zeit kombiniert, um die Positionen des Bogens genau zu bestimmen. Die Kombination von Winkel- und Zeitmessungen garantiert eine hohe Auflösung und optimale Qualität der Blitzdaten mit einer minimalen Anzahl von Sensoren.

Sensoren anderer Hersteller liefern nur die Ankunftszeit, da sie eine einfachere Hardware mit nur einer elektromagnetischen Antenne anstelle von zwei benötigen und somit kostengünstiger sind. Dies hat zur Folge, dass ihr Netz bei einer ähnlichen Anzahl von Sensoren eine deutlich geringere Datenqualität liefert.

Zur Unterscheidung von Wolke-Wolke- und Wolke-Boden-Blitzen werden von den Blitzortungsnetzen in der Regel zwei verschiedene Methoden verwendet:

  • Wellenform-Erkennung. Diese Methode wird vom METEORAGE-Netz und anderen Netzen der Vaisala-Technologie verwendet. Die von Wolke-Boden- und Wolke-Wolke-Entladungen erzeugten Signale unterscheiden sich so stark, dass eine effiziente Zuordnung der Entladungen durch den TLP möglich ist, der Messungen aus einem „normalen“ kommerziellen Netz sammelt, was einer Grundlinie zwischen Sensoren in einem Bereich von Hunderten von Kilometern entspricht.
  • Höhen-Messung. Technisch gesehen können die Ankunftswinkel zur Bestimmung der Höhe herangezogen werden, so dass Wolke-Wolke-Blitze von Wolke-Boden-Blitzen unterschieden werden können. Die Messunsicherheit aus Hunderten von Kilometern Entfernung ist jedoch viel zu groß, um ein zuverlässiger Wolke-Wolke-/Wolke-Boden-Unterscheidungsparameter zu sein. Behauptungen, dass dies einwandfrei möglich ist, beruhen fälschlicherweise auf der Studie eines extrem dichten Netzes, das eine einzige Stadt abdeckt und in dem Dutzende von Sensoren mit einer Grundlinie von nur zehn Kilometern installiert wurden. Selbstverständlich kann ein ganzes Land nicht auf diese Weise erfasst werden, da hierfür Tausende von Sensoren erforderlich wären.

Wie bei allen Messungen ist der Unterscheidungsprozess zwischen Wolke-Wolke- und Wolke-Boden-Blitzen zwar optimiert, aber nicht perfekt. Es kann also immer noch vorkommen, dass ein Wolke-Boden-Bogen fälschlicherweise als Wolke-Wolke-Bogen charakterisiert wird und umgekehrt.

Wenn ein starker Verdacht auf einen durch Blitzschlag verursachten Vorfall besteht, aber kein entsprechender Wolke-Boden-Bogen registriert wurde, empfehlen wir als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme, die Wolke-Wolke-Aktivität zu überprüfen, um zu sehen, ob ein Wolke-Wolke-Blitz registriert wurde, der zeitlich und örtlich mit dem Vorfall übereinstimmt und bei dem es sich um einen falsch charakterisierten Wolke-Boden-Blitz handeln könnte.

Eine zuverlässige Unterscheidung von Wolke-Wolke-/Wolke-Boden-Blitzen ist auch entscheidend, um die Werte der Blitzdichte (Nsg/Ng) ordnungsgemäß zu berechnen, wie in der internationalen Norm IEC 62858 erläutert.

Per Definition können Wolke-Wolke-Impulse nicht auf den Boden treffen und somit keine Schäden verursachen. Ihre Erfassung ist jedoch für drei wichtige Anwendungen nützlich:

  • Für Echtzeitdienste wie Blitzalarme und die Verfolgung von Gewittern ist die Wolke-Wolke-Aktivität von entscheidender Bedeutung, da der Großteil der elektrischen Aktivität bei einem Gewitter in der Atmosphäre verbleibt (etwa 70 bis 90 % der Entladungen sind Wolke-Wolke-Impulse). Ein Sturm beginnt in der Regel mit Wolke-Wolke-Impulsen, bevor etwas auf den Boden trifft. Auf diese Weise kann ein Gewitter früher erkannt und ein Alarm ausgelöst werden, sodass unsere Kunden mehr Zeit haben, zu reagieren.
  • In Gewitterzellen kommt es manchmal zu einem plötzlichen Anstieg der Blitzhäufigkeit, dem sogenannten Lightning Jump, der hauptsächlich durch Wolke-Wolke-Blitze ausgelöst wird. Dieser Lightning Jump wird verwendet, um schwerwiegende Ereignisse bei einem Gewitter, wie starke Winde, Hagel und starke Niederschläge vorherzusehen.
  • Aufwärts gerichtete Blitze sind eine besondere Art von Blitzen, die nicht häufig vorkommen, aber durch sehr hohe Strukturen wie Windkraftanlagen ausgelöst werden können. Sie setzen sich in der Regel sowohl aus Wolke-Boden-Impulsen als auch aus Wolke-Wolke-Impulsen zusammen.

Im Gegensatz zu unabhängigen Ortungssystemen wie Feldmühlen müssen Sie auf Ihrem Gelände gar nichts installieren und warten, sodass keine Investitionskosten anfallen. Das METEORAGE-Blitzortungsnetz ist voll funktionsfähig und unterstützt Kunden in ganz EUROPA mit optimaler Zuverlässigkeit. Unsere auf Abonnements basierenden Blitzortungsdienste sind als SaaS (Software as a Service) verfügbar, d. h. Sie können sie über jedes mit dem Internet verbundenen Gerät nutzen.

Unser Fachwissen basiert auf über zehn Jahren Analysen, Observation und Daten, die in Europa und weltweit gesammelt wurden. METEORAGE verfügt eine über 37-jährige Expertise in Frankreich. METEORAGE vollendete 1989 die Installation seines französischen Blitzortungsnetzes.

Alle seit diesem Datum gesammelten Blitzdaten wurden in der METEORAGE-Datenbank gespeichert und können für die Bereitstellung von Diensten wie Berichten und Statistiken verwendet werden. Im Laufe der Jahre wurde das Netz mit den neuesten technologischen Entwicklungen aktualisiert, um stets eine optimale Blitzdatenqualität zu gewährleisten.

Der Umfang der Datenbank ist besonders wichtig für die Berechnung von Blitzstatistiken, um eine genaue Risikobewertung zu ermöglichen. Die internationale Norm IEC 62858 empfiehlt, der Berechnung einen Zeitraum von mindestens 10 Jahren zugrunde zu legen, um langfristige zyklische Klimaschwankungen zu berücksichtigen.

Für jede Blitzentladung wird eine Konfidenzellipse berechnet, die auf den Messfehlern der einzelnen Sensoren und deren Standardabweichung basiert. Eine kleine Ellipse deutet auf eine genaue Ortung hin, während eine große Ellipse auf eine geringere Ortungsgenauigkeit hinweist.

Weitere Informationen finden Sie hier in unseren spezifischen technischen Anweisungen.

Siehe unsere spezifische technische Notiz: Technischer Hinweis über die Ellipse | METEORAGE

Jede Wolke-Boden-Entladung kann Schäden verursachen oder sogar tödlich sein, selbst wenn ihre Intensität nur einige kA beträgt.

Daher könnte es interessant sein, die statistische Verteilung der Stromstärken zu berücksichtigen, um Ihre Blitzschutzvorrichtungen zu dimensionieren oder deren LPL (Lightning Protection Level) mit der Intensität eines Bogens zu vergleichen, der einen Schaden verursacht hat.

Während die Stromstärke der Hauptfaktor für das damit verbundene Risiko bleibt, spielt auch die Polarität eine Rolle. Positive Wolke-Boden-Blitze sind selten (~10 % aller Wolke-Boden-Blitze), aber gefährlicher, da sie mit Dauerstrom einhergehen, wodurch es eher zu einem Brand oder einer Explosion kommen kann.

Weitere technische Erklärungen zu Gewittern und Blitzortung finden Sie hier: Gewitter und Blitze verstehen | METEORAGE

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