Meteodrones vs. Radiosonde

Ein Vergleich der von Radiosonden und Meteodroneflügen gewonnenen Messdatenprofile zeigt, dass die Unterschiede minimal sind und auf geringfügige Unterschiede in der Flugzeit und dem Flugweg zurückgeführt werden können. Dies spricht für die Möglichkeit, Radiosonden in Zukunft durch Meteodrones zu ersetzen, da gleichwertige Messungen nun mit einem zuverlässigeren, nachhaltigeren und kostengünstigeren System durchgeführt werden können.

Radiosonden sind kleine, leichte Instrumente, die an Wetterballons befestigt sind. Diese Instrumente messen verschiedene atmosphärische Parameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck sowie Windgeschwindigkeit und -richtung. Sie übertragen diese Daten per Funk an eine Empfangsstation am Boden.

Meteorologen setzen Radiosonden seit dem frühen 20. Jahrhundert zur Wetterbeobachtung und Datenerfassung ein, und sie sind nach wie vor ein wichtiges Instrument für meteorologische Beobachtungen. Indem sie den Aufstieg der Radiosonde verfolgen, können Meteorologen ein vertikales Profil der Atmosphäre erstellen, das für die Wettervorhersage, die Atmosphärenforschung und Klimastudien unerlässlich ist.

Vorteile von Meteodrones gegenüber Radiosonden

Radiosonden sind wichtige Instrumente für die Erfassung atmosphärischer Daten, haben aber auch einige Nachteile wie begrenzte Manövrierfähigkeit, kurze Einsatzdauer, hohe Kosten und Umweltbelastung. Im Gegensatz dazu bieten Meteodrones die folgenden Vorteile:

• Echte Vertikalprofile: Während Radiosonden, die von Wetterballons getragen werden, der Windrichtung folgen, haben Meteodrones den einzigartigen Vorteil, dass sie vertikal fliegen können, was ihnen ermöglicht, echte Vertikalprofile der Atmosphäre zu erfassen.
• Mehr Flexibilität: Während Radiosonden für eine begrenzte Dauer unkontrolliert Daten sammeln (meist zweimal pro Tag), bieten Meteodrones den eindeutigen Vorteil von mehreren täglichen Flügen (bis zu 30-Minuten-Intervalle) in bestimmten oder mehreren Gebieten.

• Besseres Preis-Leistungs-Verhältnis: Radiosonden sind Einweggeräte, die teuer in der Herstellung und im Betrieb sind. Im Gegensatz dazu können Meteodrones, obwohl sie ebenfalls kostspielig sind, über mehrere Jahre hinweg für mehrere Missionen wiederverwendet werden.
• Geringere Umweltauswirkungen: Wetterballons, die zur Beförderung von Radiosonden verwendet werden, bestehen in der Regel aus Latex oder synthetischen Materialien, und wenn diese Ballons in natürlicher Umgebung landen, können sie eine Gefahr für Wildtiere und die Umwelt im Allgemeinen darstellen. Auch die elektronischen Materialien der Radiosonden selbst sind problematisch. Im Gegensatz dazu bergen Meteodrones, die von Piloten ferngesteuert werden, ein geringeres Risiko der Schädigung von Wildtieren und haben weniger Auswirkungen auf die Umwelt.
• Heliumfreie Lösung: Heliumknappheit hat in der Vergangenheit die Kosten und die Verfügbarkeit von heliumgefüllten Wetterballons beeinträchtigt, was sich auf die Häufigkeit und die Qualität der Radiosondenstarts auswirken kann. Im Gegensatz dazu sind Meteodrones überhaupt nicht auf Helium angewiesen, und ihre Materialien sind weniger anfällig für Lieferengpässe.

Auch wenn die Radiosondenmessungen aufgrund ihres historischen Einsatzes als Standard für die Messung von Vertikalprofilen der Atmosphäre gelten, bieten Meteodrones eine flexiblere, nachhaltigere und kontrolliertere Möglichkeit, genaue atmosphärische Daten in der Troposphäre zu sammeln.

Analyse von Meteodrones- und Radiosondendaten

Nachdem wir die allgemeinen Vorteile von Meteodrones gegenüber Radiosonden diskutiert haben, bleibt eine entscheidende Frage offen: Wie sind die von Meteodrones gesammelten Daten im Vergleich zu denen von Radiosonden?

Um diese Frage zu klären, haben wir einen Vergleich der von Meteodronen und Radiosonden gewonnenen Profile durchgeführt. Die Messungen wurden im technischen Zentrum der MeteoSchweiz in Payerne durchgeführt, wo wir routinemässig bis zu acht Flüge pro Nacht mit der Meteodrone durchführen, um Daten zu sammeln (diese Daten werden dann in unser EURO1k-Wettermodell integriert, um die Wettervorhersagen zu verbessern). Die Messungen für diese Studie wurden zwischen dem 1. November 2022 und dem 30. April 2023 durchgeführt.

Methodik

Die Analyse vergleicht die Messungen von Radiosonden und Meteodrones, die in einem Zeitintervall von maximal 30 Minuten gestartet wurden. Wetterballons werden in der Regel um 23:00 UTC gestartet, und die zum Vergleich herangezogenen Meteodronesflüge wurden innerhalb eines 30-minütigen Zeitfensters um diese Zeit durchgeführt.

Für jedes Profil wurden die Unterschiede zwischen dem Meteodrone-Profil und dem Radiosondenprofil für Temperatur, relative Feuchte und Wind in allen Höhenstufen berechnet. Der Mittelwert, das Minimum, das Maximum und die Standardabweichung dieser Differenzen wurden in jeder Höhe durch Mittelwertbildung über alle verknüpften Profile während des angegebenen Zeitraums berechnet.

Ergebnisse

In der Abbildung oben zeigt die dunkelblaue Linie die mittlere Differenz zwischen den Meteodrone- und den Radiosondenprofilen; die Schattierung zeigt den Mittelwert plus und minus die Standardabweichung. Die rot gestrichelte Linie markiert den Nullpunkt.

Bei Betrachtung der Abbildung ist zu erkennen, dass die dunkelblaue Linie bemerkenswert nahe bei Null liegt, was auf ein hervorragendes Ergebnis hindeutet. Aufgrund der Unterschiede in den tatsächlichen Zeiten und Orten der Beobachtungen durch die Radiosonde und die Meteodrone in jedem verknüpften Profil ist eine Differenz von Null für ein gesamtes Profil äusserst unwahrscheinlich.

Unsere Analyse (siehe Tabellen unten) zeigt deutlich, dass bei der Untersuchung verschiedener Höhen und dem Vergleich von Profilen der durchschnittliche absolute Temperaturunterschied nur 0,4 Grad Celsius beträgt, ein beeindruckendes Ergebnis, insbesondere wenn wir die natürliche Variabilität und die Messunsicherheiten berücksichtigen, die den atmosphärischen Bedingungen eigen sind.

Auch bei der Windgeschwindigkeit beträgt die mittlere absolute Differenz (MAD) nur 1,1 m/s.

Meteodrones als tragfähiger langfristiger Ersatz für Radiosonden

Die Ergebnisse der Studie untermauern die Zuverlässigkeit und Qualität von Meteodrones als hervorragende Alternative für die Erhebung meteorologischer Daten. Jüngste Entwicklungen unterstreichen ihren Wert in diesem Bereich:

• Irland: Im April erhielt Meteomatics eine Sondergenehmigung von der irischen Luftfahrtbehörde und führte eine erfolgreiche Tagesdemonstration im Valentia Observatorium in Irland für Met Éireann, den irischen Wetterdienst, durch. Ziel dieser Demonstration war es, die mögliche Integration von Meteodrone-Messungen als ergänzende Quelle zu Radiosonden-Messungen zu bewerten und die Möglichkeit zu untersuchen, Radiosonden in Zukunft vollständig zu ersetzen.

• Vereinigte Staaten: Meteomatics macht grosse Fortschritte in den Vereinigten Staaten und arbeitet mit GrandSKY und TruWeather Solutions zusammen, um den landesweit ersten drohnengestützten Mikro-Wetterdienst in North Dakota zu starten. Die gesammelten Meteodrones-Daten werden in ein von Meteomatics entwickeltes hochauflösendes Vorhersagemodell einfliessen, das speziell für North Dakota zugeschnitten ist. Dieses Modell, das umfassende Wetterdetails, Datenpunkte und Parameter in einem bestimmten Gebiet umfasst, wird die Entscheidungsanalyse von TruWeather unterstützen und Wettervorhersagen in Echtzeit ermöglichen.