Radiosonde
 
Een radiosonde is een op batterijen werkend telemetrie-instrument dat gewoonlijk door een weerballon de atmosfeer in wordt gedragen die verschillende atmosferische parameters meet en deze via de radio naar een grondontvanger verzendt. Moderne radiosondes meten of berekenen de volgende variabelen: hoogte, druk, temperatuur, relatieve vochtigheid, windsnelheid ens windrichting, kosmische stralingsmetingen op grote hoogte en geografische positie (breedtegraad/lengtegraad). Radiosondes die de ozonconcentratie meten, staan ​​bekend als ozonsondes.
 
Radiosondes kunnen werken op een radiofrequentie van 403 MHz of 1680 MHz. Een radiosonde waarvan de positie wordt gevolgd terwijl deze stijgt om informatie over de windsnelheid en -richting te geven, wordt een rawinsonde ("radarwind-sonde") genoemd. De meeste radiosondes hebben radarreflectoren en zijn technisch gezien onbewerkte sondes. Een radiosonde die uit een vliegtuig valt en valt, in plaats van gedragen te worden door een ballon, wordt een dropsonde genoemd. Radiosondes zijn een essentiële bron van meteorologische gegevens en er worden dagelijks honderden over de hele wereld gelanceerd.
 

Meteograaf gebruikt door het
Amerikaanse weerbureau in 1898
 

Radiosonde Vaisala RS92-SGPD (links) en zijn opvolger, de RS41-SGP (rechts).
 

Moderne radiosondes die de voortgang van de miniaturisatie laten zien
 
Geschiedenis  
 
Sinds het begin van de jaren 1890 hebben onbemande weerballonnen, zogenaamde registratieballonnen, zelfregistrerende meetinstrumenten in de vrije atmosfeer gebracht. Ten opzichte van bemande ballonvaarten hadden deze een duidelijk kostenvoordeel. Bovendien konden er hoogten worden bereikt die ondanks de toevoer van zuurstof niet toegankelijk waren voor mensen in de open mand. De meetwaarden konden echter alleen met een vertraging worden afgelezen en alleen als het instrument dat op de grond was teruggezet ook daadwerkelijk werd gevonden. Een van de pioniers van atmosferische peilingen met weerballonnen was de Duitse meteoroloog Hugo Hergesell. Als hoofd van de International Commission for Scientific Aviation pleitte hij voor de bouw van lichte instrumenten die geschikt zijn voor ballonnen. Hij herkende al vroeg het potentieel van draadloze telegrafie en probeerde al in 1908 om opnamen van balloninstrumenten via de radio te verzenden, maar dit mislukte vanwege de nog steeds onvoldoende technische mogelijkheden. De term "radiosonde" gaat terug op Hergesell.
 
In 1917 slaagden Max Robitzsch en Friedrich Herath in Duitsland en Pierre Idrac in Frankrijk erin om meetwaarden van instrumenten die aan weervliegers waren bevestigd door de vliegerdraad naar de grond te sturen. Vliegers konden echter niet de hoogten bereiken die weerballonnen konden bereiken, en ze konden niet onder alle weersomstandigheden worden gebruikt.
 
In 1921 begon Paul Duckert te werken aan de ontwikkeling van de radiosonde bij de Lindenberg Aeronautical Observatory, waarvan de directeur inmiddels Hergesell was geweest. Een eerste stap in 1926 was het dubbele richten van een radiozender die aan de ballon was bevestigd om zijn
baan en snelheid te bepalen. Soortgelijke experimenten werden ook uitgevoerd door William Blair in de Verenigde Staten. Eind jaren twintig werkten verschillende meteorologen met de eerste prototype radiosondes.
 
De eerste echte radiosonde werd in 1924 gelanceerd door William Blair. Hij ontving radiosignalen van een ballon en gebruikte de veranderingen in
deze signalen met temperatuur om de temperatuur op vlieghoogte in te schatten. Desondanks schrijven veel historici de eerste lancering van een radiosonde toe aan de sondes van Robert Bureau of Pavel Molchanov, die direct meetwaarden omzet in radiosignalen. Op 7 januari 1929 lanceerde Robert Bureau een radiosonde in Trappes, die temperatuurmetingen uit de vrije atmosfeer doorzond. In de lente van datzelfde jaar voegde hij een barometer toe aan de sonde. De Sovjet-meteoroloog Pawel Molchanov wordt ook vaak beschouwd als de uitvinder van de radiosonde, wiens radiosonde, die op 30 januari 1930 voor het eerst met succes werd gelanceerd, de standaard werd voor toekomstige ontwikkeling. De sonde heeft temperatuur en druk gemeten en de waarden gecodeerd als morsecode naar de ontvanger verzonden. Op 22 mei 1930 volgde Duckert met een onafhankelijk ontwikkelde sonde die zowel vochtigheid als temperatuur en druk kon meten. De sonde zond meetwaarden uit tot aan het barsten
van de ballon op een hoogte van meer dan 15 km.
 
In juli 1931, terwijl de Zeppelin LZ 127 door het noordpoolgebied vloog, lanceerde Moltschanov verschillende radiosondes. De nieuwe technologie werd uitgebreid en systematisch gebruikt in het International Polar Year 1932/33. De Fin Vilho Väisälä, die op 30 december 1931 zijn eerste radiosonde had gelanceerd, begon in 1936 met de commerciële productie.
 
Sensor en coderingsgedeelte van een oudere
radiosonde uit de jaren 60
 
Bureau of Standards lanceerde in 1936 een radiosonde in Washington, DC
 
Amerikaanse zeelieden lanceren een radiosonde tijdens de Tweede Wereldoorlog
 
De radiosonde werd in 1942 verder ontwikkeld door Josef Graw uit Berlijn. In de Graw-sonde worden de meetwaarden omgezet in morsecode door de wijzers van de meetapparatuur die een patroon van geleidend materiaal scannen dat wordt aangebracht op een roterende rol, de Graw-morsecoderol.

Het sensor- en coderingsgedeelte van een radiosonde uit de jaren zestig is rechts te zien
 
- Temperatuursensor (boven, bimetaal)
- Drukmeetcel (links onder de plaatmetalen beugel)
- Tijdbasis (uurwerk zakhorloge, buiten rechts)
- Encoder voor temperatuur en vochtigheid (rode PVC-cilinder met rijdraadspiraal)
- Encoder voor luchtdruk (staaf van hard papier met contactstrips, rechts achter de cilinder)
- De vochtsensor (haarhygrometer), de batterij en de telemetriezender (UHF buiszender met triode) zijn niet te zien op de foto.
 
Techniek
 
(P) TU-sondes
Sensoren op de radiosonde meten verschillende parameters zoals luchtdruk (P), temperatuur (T) en vochtigheid (U) terwijl de ballon stijgt en sturen deze meetgegevens continu via datatransmissie naar het grondstation. Het meten van de luchtdruk wordt nu voor veel sondes alleen als optie aangeboden, omdat de berekende bepaling uit de GPS-hoogte de meting in veel gevallen overbodig maakt. Speciale sensoren kunnen ook de ozonconcentratie of straling meten.
 
Wind- / pilootsondes
Naast de (P)TU-sondes zijn er ook zogenaamde wind- of pilotsondes, die kunnen worden gebruikt in plaats van de eerdere optisch gevolgde pilotballonnen of windopstijgingen (ballon met radarreflector maar zonder radiosonde). Het gaat alleen om het vastleggen van de windrichting en -snelheid. Deze sondes hebben een overeenkomstig eenvoudiger ontwerp en zijn daarom minder duur, omdat er geen sensorsysteem is en hun signaalverwerking. Sommige modellen zijn bijzonder licht en eenvoudig van ontwerp, maar zijn daarom alleen geschikt voor metingen in de troposfeer (lage batterijcapaciteit, lager zendvermogen, etc.).
 
Temperatuursensors
Temperatuurvoelers zijn tegenwoordig praktisch irrelevant. De enige gemeten variabele die u hebt doorgegeven, is de temperatuur. De meeste
waren zeer eenvoudige elektronische analoge schakelingen die de frequentie van een toon aanpasten aan de temperatuur en deze via een kleine zender in frequentiegemoduleerde vorm naar het grondstation zenden. Tracking was alleen mogelijk via radar met behulp van geschikte reflectoren.
 
Bepaling van de wind
Conventionele radiosondes gebruiken een GPS-ontvanger om de positie te bepalen, de positiegegevens worden continu via de radio verzonden. Hiermee kan de windrichting van de wind op grote hoogte worden bepaald. Als alternatief kan de positie van een radiosonde ook worden bepaald door radar of radiotheodoliet, hoewel beide tegenwoordig niet langer relevant zijn.
 
Data overdracht
Tegenwoordig worden gegevens meestal verzonden in het frequentiebereik van 400 MHz tot 406 MHz. Afhankelijk van het type sonde worden kanalen met verschillende bandbreedtes bezet. Moderne sondes nemen slechts ongeveer 5 kHz in beslag.
Elk stijgpunt gebruikt de frequenties die eraan zijn toegewezen.
In de regel is er een hoofdfrequentie en een alternatieve / herstartfrequentie, die wordt gebruikt als de reeds gestarte sonde defect is en een herstart noodzakelijk is of de hoofdfrequentie niet kan worden gebruikt vanwege interferentie. Er zijn ook radiosondes die gegevens verzenden in het frequentiebereik van 1,68 GHz. 
 
De meeste sondemodellen hebben ook instelbare mechanismen
om ze uit te schakelen na een bepaalde tijd, ballonexplosie of andere criteria terwijl ze nog in de vlucht zijn 
 
Naast de overdracht van de meteorologische meetgegevens vindt meestal de telemetrie van interne meetvariabelen voor de bewaking van de sonde zelf plaats. B. ook een stroom- en spanningsmeting van externe sensoren zijn om hun goede werking te kunnen bewaken 
 
De sondes en vooral de batterijen zijn ondergebracht in een polystyreenschuimbehuizing voor thermische isolatie, met alleen een draadantenne en sensoren aan de buitenkant. 
 
Tegenwoordig worden over het algemeen radiosondes voor eenmalig gebruik gebruikt, waarvoor geen vindersloon wordt betaald. Mogelijke vinders worden soms gevraagd door stickers of folders die aan de sondes zijn bevestigd om de radiosonde met elektronica en batterijen weg te gooien. Tegenwoordig kost een radiosonde-opstijging met een met waterstof gevulde ballon en radiosonde ongeveer € 300 en met een vulling van 1,8 m³ helium ongeveer € 400. 
 
Stüve-diagram van een radiosonde opgelaten door het KNMI te De Bilt op 27 nov. 2014 rond 00 UTC. De bruine lijn geeft de gemeten luchttemperatuur op verschillende hoogtes weer, de rode lijn het dauwpunt. Op hoogtes waar beide lijnen elkaar dicht naderen, is de relatieve luchtvochtigheid (oranje lijn) bijna 100% en is de aanwezigheid van wolken waarschijnlijk.
 
Ballonnen en parachutes
 
Het opstijgen van de sondes vindt plaats op een latexballon gevuld met helium of waterstof, die door de afnemende luchtdruk steeds meer uitzet
met toenemende hoogte tot hij uiteindelijk barst.
 
Ondanks de steeds lichtere sondes is een ballon van de juiste maat nodig om de gewenste hoogte te bereiken. Volgens het WMO-advies vindt de stijging plaats met ongeveer 300 meter per minuut.
 
De sondes vallen terug op de grond nadat de ballon is gesprongen; Parachutes kunnen worden gebruikt om de valsnelheid te verminderen.
De valsnelheden kunnen bij het gebruik van parachutes niet betrouwbaar worden voorspeld, aangezien de functie van de parachute in verschillende mate kan worden aangetast door verwarde koorden of ballonresten.
 
Recycling
Als de radiosonde verder stijgt, komt hij in steeds ijlere lucht. De (latex) ballon zal dus groter en groter worden en vroeg of laat klappen.
De radiosonde komt dan aan de parachute naar beneden, soms op honderden kilometers afstand van de startlocatie. Gewone radiosondes worden slechts één maal gebruikt. Wie zo'n sonde vindt, mag hem behouden of kan hem inleveren bij het klein chemisch afval of voor verdere verwerking terugsturen naar het weerstation dat hem heeft opgelaten. Hiertoe zijn de radiosondes soms voorzien van een briefje met vermelding van de herkomst en een nadere uitleg. Afhankelijk van de hoogtewinden komen radiosondes opgelaten in Duitsland vanaf bijvoorbeeld de nabijgelegen weerstations Norderney, Meppen en Essen, en vanaf de Belgische weerstations Bevekom en Ukkel regelmatig boven Nederland terecht. Ozonsondes worden wel opnieuw gebruikt. Het KNMI en het KMI ontvangen hun ozonsondes dan ook graag retour. De vinder ontvangt een vinderspremie.
 

      Bronnen: Wikipedia-nl, Wikipedia-en, Wikipedia-de  
      Categorieën: Meteorologische instrumenten  I  Weer A tot Z  
 
Web Design