DE3590723C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Beobachtung des gegenwärtigen Wetters und betrifft insbesondere ein automatisiertes System zur Identifizierung des Typs von Niederschlägen und zur Ermittlung deren Stärke sowie zur Bestimmung der Sicht.

Herkömmliche Instrumente zur Überwachung atmosphärischer Erscheinungen, die am Ort der Instrumente auftreten, bedienen sich der verschiedensten Methoden. Die überwachten Erscheinungen umfassen alle Formen flüssigen und gefrorenen Niederschlags wie z. B. Regen, Nieseln, Schnee und Hagel und umfassen außerdem schwebende Teilchen, die zu den Sichthindernissen zählen, nämlich Sprühregen, (dichter) Nebel, Dunst, Staub und Rauch. Diese Erscheinungen werden im folgenden als "gegenwärtiges Wetter" bezeichnet.

Es gibt eine Reihe von Geräten zur Messung der Niederschlagsrate, auch als Stärke oder Intensität des Niederschlags bekannt. Ein hierzu zählendes Instrument benutzt zwei pendelnde Sammelgefäße oder "Kippbecher", um Niederschlag in einem flüssigen Zustand zu sammeln. Eine Heizvorrichtung schmilzt gefrorenen Niederschlag zu Wasser. Dieses Instrument hat bei leichtem Niederschlag ein langes Meldeintervall und wird, wenn es sich um wehenden Niederschlag handelt, zuwenig anzeigen. Andere Geräte bedienen sich optischer oder elektrischer Methoden, um die Geschwindigkeit des Niederschlags zu messen. Teilchen, die durch ein elektrisches Feld fallen, ändern die Kapazität, während Teilchen, die durch zwei oder mehrere Lichtstrahlen sinken, einen Strahl nach dem anderen triggern.

Um die Sichtbehinderung zu quantifizieren, d. h. um die Sichtweite während Perioden verminderter Sicht zu messen, werden routinemäßig Sichtmeßgeräte verwendet. Einige Grundtypen von Sichtmeßgeräten, die zu diesem Zweck auf den Markt gebracht werden, sind Durchlässigkeitsmesser (Transmissiometer), Vorwärtsstreu- und Rückstreu-Meßgeräte und integrierende Trübungsmesser (Nephelometer). Keiner dieser Instrumententypen mißt die Sicht direkt. In allen Fällen messen die Instrumente den atmosphärischen Extinktionskoeffizienten oder sind so geeicht, daß sie den Extinktionskoeffizienten aus einer Messung des Streukoeffizienten liefern. Aus der deutschen Patentschrift DE 30 08 751 ist eine Anordnung bekannt, die das Vorhandensein nicht näher identifizierbarer lichtstreuender Teilchen in der Atmosphäre an einem Wetterbeobachtungsort erfaßt. Die Sichtweite selbst wird dann mit Hilfe des Koschmieder'schen Gesetzes (oder einer Variante davon) für Tageslichtbedingungen und mit Hilfe des Allard'schen Gesetzes (oder einer Variante davon) für Nachtbedingungen errechnet.

Sichtmeßgeräte als alleinstehende Fühler können atmosphärischen Erscheinungen, die für die verminderte Sicht verantwortlich sind, nicht identifizieren. Wenn z. B. die relative Feuchte hoch ist und die Temperatur deutlich unter Null liegt, dann wäre die sichtvermindernde Erscheinung als Schnee zu identifizieren; allerdings könnte man nicht zwischen den verschiedenen Formen von Schnee unterscheiden, auch nicht zwischen Schnee und gefrorenem Nebel oder gar Regen, denn es gibt auch seltene Fälle, in denen es trotz deutlicher Minustemperaturen regnet. Oder, um ein anderes Beispiel anzuführen, wenn die Temperatur deutlich über dem Gefrierpunkt liegt und gleichzeitig eine hohe relative Luftfeuchte herrscht, dann reduzieren sich zwar die möglichen Gründe für eine Sichtverminderung auf Regen oder Nebel, jedoch ist man nicht in der Lage, zwischen diesen beiden Erscheinungen zu unterscheiden.

Die vorgenannten Meßkriterien sind also in ihrer Aussagefähigkeit für das gegenwärtige Wetter sehr begrenzt und gleichzeitig mehrdeutig, was die Identifizierung der jeweiligen Erscheinungen betrifft. Außerdem ist es mit ihnen nicht möglich, die Niederschlagsrate oder -menge zu messen.

Manche Systeme zur Beobachtung des gegenwärtigen Wetters sind vollautomatisiert und sprechen auf Wettererscheinungen schnell an. Ein solches System ist der sogenannte Laser-Wetteridentifizierer (LWI), der einen optischen Sender und Empfänger aufweist. Der Lichtsender ist ein He-Ne-Laser in zerhacktem CW-Betrieb. Der Empfänger besteht in einer Ausführungsform aus drei unabhängig installierten Erfassungsteleskopen. Ein Teleskop betrachtet direkt den projizierten Laserstrahl. Die anderen Teleskope sind achsenversetzt und auf den Mittelpunkt des Laserstrahls gerichtet, um Licht zu erfassen, das über kleine Winkel (0,6° und 1,2°) gestreut wird. Dieser Aufbau erlaubt die Erfassung und Identifizierung von Niederschlag durch Ausnutzung von Funkeleffekten, Auslöschungseffekten, und außerachsigen Vorwärtsstreueffekten am Laserstrahl. Erfaßt, identifiziert und genau quantifiziert wird der Niederschlag durch das Maß des Funkelns im Signal des achsengleichen Detektors. Die einzige Funktion der beiden achsenversetzten Detektoren ist die Erfassung und Identifizierung von Nebel. Das LWI-System hat jedoch bei starken Winden Probleme mit Fehlalarmen, weil die turbulente Luft Funkelerscheinungen im Laserstrahl verursacht, die fälschlich als Niederschlag interpretiert werden. Das LWI-System hat auch Schwierigkeiten bei der Messung von Schnee.

Ferner ist aus der amerikanischen Patentschrift US 43 29 054 eine Interferometeranordnung bekannt, bei der Teilchen in einer Atmosphäre nach Größe und Geschwindigkeit identifiziert werden können. Diese Anordnung ist jedoch infolge des kleinen Probevolumens nicht zur Wetterbeobachtung geeignet.

Ein anderes System ist das "Precipitation Occurrence Sensor System", das unter der Abkürzung POSS bekannt ist. Das POSS arbeitet mit einem handelsüblichen, in vertikale Richtung peilenden Doppler-Radar. Das vertikal peilende Radar mißt die Fallgeschwindigkeit von Niederschlag einige Meter über Grund, um das Auftreten von Niederschlag zu erfassen.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die es mit relativ einfachen Mitteln gestattet, das Vorhandensein wetterbestimmender Teilchen in der Atmosphäre näher zu qualifizieren.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Mit der Erfindung wird ein verbessertes Wetterbeobachtungssystem zur Identifizierung vieler verschiedener Typen von Niederschlag geschaffen. Ferner wird es mit der Erfindung bzw. deren vorteilhaften Ausgestaltungen ermöglicht,
Größe und Geschwindigkeit von Niederschlagsteilchen zu bestimmen;
Niederschlagsteilchen von schwebenden Teilchen zu unterscheiden;
das Einsetzen und Aufhören von Niederschlag schnell zu erfassen;
falsche Anzeigen infolge von Funkeleffekten, die durch Wind, Tau, Reif, Detektorrauschen oder atmosphärische Strahlung bedingt sind, minimal zu halten;
die Stärke des Niederschlags zu ermitteln;
das Volumen einzelner Niederschlagsteilchen festzustellen;
den atmosphärischen Extinktionskoeffizienten zu bestimmen;
den auf Niederschlagsteilchen zurückzuführenden Extinktionskoeffizienten vom Gesamt-Extinktionskoeffizienten der Atmosphäre zu unterscheiden;
in Verbindung mit Fühlern für die Temperatur und die relative Feuchtigkeit die fünf grundlegenden Sichthindernisse zu identifizieren, nämlich Sprühregen, Nebel, Dunst, Staub und Rauch.

Ein erfindungsgemäßes System enthält eine Einrichtung zur Erzeugung eines Strahlungsbündels in der Atmosphäre und eine Einrichtung zum Erfassen derjenigen Strahlung, die von Schwebe- oder von Niederschlagsteilchen innerhalb eines Probe-Volumens abgestreut wird. Die Erfassungseinrichtung hat ein das Strahlungsbündel durchkreuzendes Gesichtsfeld, um das Probevolumen zu definieren. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen zur Bestimmung der Größe und Geschwindigkeit mindestens eines Teilchens oder einer Agglomeration von Teilchen, die durch das Probevolumen fallen, sowie eine Einrichtung, die auf die eben genannte Bestimmungseinrichtung anspricht, um den Typ des Niederschlags zu identifizieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Einrichtung zur Bestimmung der Größe und Geschwindigkeit eine Einrichtung zum Unterscheiden eines Signals, das auf mindestens ein Niederschlagsteilchen zurückzuführen ist, von Signalen, die auf Schwebeteilchen zurückzuführen sind. Diese Unterscheidungseinrichtung kann eine Einrichtung zur Einstellung eines Schwellenwertes enthalten, oberhalb dessen ein Niederschlagsteilchen unterschieden wird, und eine Einrichtung zum Halten des Schwellenwertes oberhalb des auf Schebeteilchen zurückzuführenden Pegels. Die Einrichtung zum Bestimmen der Größe und Geschwindigkeit kann eine Einrichtung enthalten zur Erzeugung eines Spitzensignalwertes und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Durchlaufdauer-Wertes. Die Identifizierungseinrichtung enthält eine Einrichtung zum Vergleichen von Größe und Geschwindigkeit des Niederschlagsteilchens mit vorbestimmten Größen- und Geschwindigkeitswerten für Niederschlagsteilchen.

Die unterscheidende Einrichtung kann eine Einrichtung enthalten, um ein Niederschlagsteilchen-Signal, das größer ist als ein vorbestimmtes Maß, von einem vorbestimmten Niederschlagsteilchen-Signal zu unterscheiden, das kleiner ist als das vorbestimmte Maß. Das größere Signal rührt von einem Teilchen her, dessen Größe das vorbestimmte Maß übersteigt; das kleinere Signal rührt von einem Teilchen her, dessen Größe das vorbestimmte Maß unterschreitet. Die Einrichtung zur Bestimmung von Größe und Geschwindigkeit kann eine Einrichtung zur Erzeugung eines Spitzensignalwertes enthalten, die einen auf das größere Signal ansprechenden ersten Spitzensignalgenerator und einen auf das kleinere Signal ansprechenden zweiten Spitzensignalgenerator aufweist, und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Durchlaufdauer-Wertes, die einen auf das größere Signal ansprechenden ersten Durchlaufdauer-Generator und einen auf das kleinere Signal ansprechenden zweiten Durchlaufdauer-Generator aufweist.

Die Einrichtung zur Bestimmung von Größe und Geschwindigkeit kann außerdem eine Einrichtung zum Anzeigen des unterschiedenen Niederschlagsteilchen-Signals und eine Einrichtung zum Zählen dieser Anzeigen enthalten. Die Identifizierungseinrichtung kann eine Einrichtung enthalten, welche Größe und Geschwindigkeit des Niederschlagsteilchens mit ersten vorbestimmten Größen- und Geschwindigkeitswerten vergleicht, um eine Niederschlagsrate anzuzeigen, die kleiner ist als eine vorbestimmte Rate, und mit zweiten Werten, um eine Rate anzuzeigen, die größer ist als eine vorbestimmte Rate. Das Überwachungssystem kann ferner eine Einrichtung zum Feststellen der Stärke des Niederschlags enthalten, die eine Einrichtung enthält, um das Volumen eines Niederschlagsteilchens zu bestimmen, und eine Einrichtung zur Summierung der Volumen von mehr als einem solchen Teilchen über eine bekannte Zeitspanne.

Vorzugsweise emittiert die das Strahlungsbündel erzeugende Einrichtung eine rechteckwellenförmig modulierte Strahlung, z. B. mit einer Modulationsfrequenz von 1-4 kHz. Die Einrichtung zur Bestimmung von Größe und Geschwindigkeit kann eine Justiereinrichtung enthalten, um sie mit der Impulsfrequenz zu synchronisieren. Die das Strahlenbündel liefernde Einrichtung kann Strahlung mit einer Wellenlänge aus den sichtbaren und fast-sichtbaren Spektralbereichen emittieren und eine Leuchtdiode enthalten. Die Erfassungseinrichtung kann ein Gesichtsfeld haben, das nur vorwärts gestreute Strahlung umfaßt, insbesondere Strahlung, die in einem mittleren Winkel oder Zentralstreuwinkel von 30° bis 35° gegenüber der Achse des Strahlenbündels nach vorwärts gestreut wird. Die Erfassungseinrichtung kann ein photoelektrisches Element enthalten, insbesondere eine Sperrschicht-Photozelle.

Die Erfassungseinrichtung kann auch eine Einrichtung enthalten, um Signale, die auf gestreute Strahlung zurückzuführen sind, von Signalen zu trennen, die auf Umgebungsstrahlung zurückzuführen sind. Diese Trenneinrichtung kann ein optisches Bandpaßfilter enthalten. Das durch das Gesichtsfeld und das Strahlungsbündel definierte Probevolumen kann in der Größenordnung von 200-1000 ml liegen. Die Unterscheidungseinrichtung kann eine gleichrichtende Einrichtung enthalten, um die negativen Spitzen der Signale von der Erfassungseinrichtung zu invertieren, womit die effektive Abtastrate verdoppelt wird. Die Unterscheidungseinrichtung kann außerdem das Niederschlagsteilchen-Signal von Signalen unterscheiden, die durch Rauschen der Erfassungseinrichtung verursacht werden.

In einer anderen Ausführungsform enthält die Einrichtung zur Bestimmung von Größe und Geschwindigkeit eine Einrichtung zum Unterscheiden eines Signals, das auf mindestens ein Niederschlagsteilchen zurückzuführen ist, von Signalen, die auf Schwebeteilchen und auf Rauschen der Erfassungseinrichtung zurückzuführen sind. Ferner ist eine Einrichtung zur Bestimmung des Extinktionskoeffizienten vorhanden, die eine auf die Erfassungseinrichtung ansprechende Einrichtung enthält, um Signale, die zurückzuführen sind auf gestreute Strahlung, welche erfaßt wird, wenn mindestens ein Niederschlagsteilchen unterschieden wird, von Signalen zu subtrahieren, die auf gestreute Strahlung zurückzuführen sind, welche während des übrigen Teils der Abfrageperiode erfaßt wird, wenn kein solches Teilchen unterschieden wird. Die Einrichtung zur Bestimmung des Extinktionskoeffizienten kann eine auf die Erfassungseinrichtung ansprechende Einrichtung enthalten, um die Streustrahlungssignale als analoges Gleichstromsignal zu liefern. Die Extinktionskoeffizienten-Bestimmungseinrichtung kann eine Einrichtung zur Mittelung der Streustrahlungssignale und eine Einrichtung zur Mittelung des Ausgangs der Subtrahiereinrichtung enthalten. Sie kann ferner eine Einrichtung enthalten, die den Gesamt-Extinktionskoeffizient aus dem Mittelwert der Streustrahlungssignale gewinnt und den auf Schwebeteilchen zurückzuführenden Extinktionskoeffizienten aus dem Mittelwert der Ausgangsgröße der Subtrahiereinrichtung gewinnt. Das Wetterbeobachtungssystem kann ferner einen Feuchtigkeitsfühler enthalten, um die relative Feuchtigkeit zu fühlen, und eine Einrichtung, die den Typ von Schwebeteilchen innerhalb des Probevolumens bestimmt, indem sie den auf Schwebeteilchen zurückzuführenden Extinktionskoeffizienten mit vorbestimmten Werten für Schwebeteilchentypen unter Berücksichtigung der relativen Feuchtigkeit vergleicht.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Identifizieren des Typs von Niederschlag. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Strahlungsbündel in der Atmosphäre erzeugt, die in einem Probevolumen des Bündels gestreute Strahlung wird erfaßt, und es wird mindestens ein Niederschlagteilchen von Schwebeteilchen unterschieden. Außerdem wird ein Spitzensignalwert und ein Durchlaufdauer-Wert für Signale unterschiedlicher Teilchen erzeugt. Aus dem Spitzensignalwert wird die Teilchengröße bestimmt, und aus dem Durchlaufdauer-Wert wird die Geschwindigkeit bestimmt. Größe und Geschwindigkeit des Teilchens werden mit vorbestimmten Größen- und Geschwindigkeitswerten für Niederschlagsteilchen verglichen.

Das Verfahren kann auch die Maßnahme enthalten, das Volumen des Niederschlagsteilchens zu bestimmen und die Volumen von mehr als einem Niederschlagsteilchen über eine bekannte Zeitspanne zu summieren, um die Stärke des Niederschlags zu bestimmen. Ferner können die Signale, die auf Streustrahlung zurückzuführen sind, welche erfaßt wird, wenn mindestens ein Niederschlagsteilchen unterschieden wird, von Signalen subtrahiert werden, die auf Streustrahlung zurückzuführen sind, welche während des restlichen Teils einer Abfrageperiode erfaßt wird, wenn kein solches Teilchen unterschieden wird, um auf diese Weise Signale zu erhalten, die auf Schwebeteilchen zurückzuführen sind. Die Streustrahlungssignale werden gemittelt, ebenso die Schwebeteilchensignale, und aus dem Mittelwert der Streustrahlungssignale wird der Gesamt-Extinktionskoeffizient gewonnen, während aus dem Mittelwert der Schwebeteilchensignale der auf Schwebeteilchen zurückzuführende Extinktionskoeffizient gewonnen wird. Das Verfahren kann ferner die Maßnahme enthalten, die realtive Feuchtigkeit zu fühlen und den Typ des Schwebeteilchens innerhalb des Probevolumens zu identifizieren, indem der auf Schwebeteilchen zurückzuführende Extinktionskoeffizient mit vorbestimmten Werten für Schwebeteilchentypen unter Berücksichtigung der relativen Feuchtigkeit verglichen wird.

Die Erfindung wird anhand nachstehender Beschreibung durch Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der Erfindung;

Fig. 2 zeigt in schematischer Ansicht eine Strahlquelle und einen Detektor;

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild der elektrischen Signalverarbeitung bei einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4A zeigt Signale, wie sie beim Vorhandensein von Niederschlagsteilchen ohne Schwebeteilchen erhalten werden;

Fig. 4B zeigt Signale, wie sie beim Vorhandensein von Niederschlagsteilchen und Schwebeteilchen erhalten werden;

Fig. 4C zeigt eine typische Form von Niederschlagsteilchen-Signalen;

Fig. 5A ist eine Matrix vorbestimmter Größen- und Geschwindigkeitswerte für Niederschlagsteilchen;

Fig. 5B gibt die Maßstäbe für die Matrix nach Fig. 5A wieder;

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7A und 7B sind ausführlichere Darstellungen eines Teils der Fig. 6;

Fig. 8A und 8B zeigen die Reaktionen eines herkömmlichen Kippbecher-Regenmessers und eines erfindungsgemäßen Systems über eine Periode von 24 Stunden;

Fig. 9 ist ein vereinfachtes Flußdiagramm für die Bestimmung des gegenwärtigen Wetters gemäß der Erfindung;

Fig. 10 ist ein Flußdiagramm für ein Unterprogramm zur Niederschlagsbestimmung;

Fig. 11 ist ein Flußdiagramm für ein Unterprogramm zur Identifizierung des Niederschlags;

Fig. 12A und 12B sind Flußdiagramme eines Unterprogramms für die Identifizierung von Niederschlag unter Verwendung einer ersten Gruppe von Werten;

Fig. 13A und 13B sind Flußdiagramme eines Unterprogramms für die Identifizierung von Niederschlag unter Verwendung einer zweiten Gruppe von Werten;

Fig. 14A zeigt gemittelte Streustrahlungssignale;

Fig. 14B zeigt das gemittelte Ausgangssignal der Subtrahiereinrichtung.

Das in Fig. 1 dargestellte System 10 zur Beobachtung des gegenwärtigen Wetters enthält als Teilsystem ein optisches Fühlsystem mit einer Quelle 12, die ein schmales Strahlungsbündel (im folgenden kurz als "Strahl" bezeichnet) aussendet, welche vom Gesichtsfeld eines Detektors 14 durchkreuzt wird, um ein Probevolumen 16 zu definieren. Der Detektor 14 erfaßt die Strahlung, die von Schwebe- oder Niederschlagsteilchen innerhalb des Probevolumens 16 gestreut wird, und sendet ein Signal X an ein signalverarbeitendes Teilsystem, das eine Bestimmungsschaltung 18 zur Bestimmung von Größe und Geschwindigkeit enthält. Eine Niederschlag-Identifizierungsschaltung 20, die den Typ des Niederschlags innerhalb des Probevolumens 16 identifiziert, spricht auf die Bestimmungsschaltung 18 an.

Das Beobachtungssystem 10 kann eine Niederschlagsvolumen-Bestimmungsschaltung 22 enthalten, welche die Stärke des Niederschlags ermittelt und auf die Identifizierungsschaltung 20 anspricht. Das Überwachungssystem 10 kann außerdem eine Extinktionskoeffizienten-Bestimmungsschaltung 24 enthalten, die den Extinktionskoeffizienten ermittelt. Die Schaltung 24 erzeugt ein Signal Y, das von dieser Schaltung selbst benutzt wird, um ein Signal YB zu erzeugen, das den Gesamt-Extinktionskoeffizienten der Atmosphäre angibt. In Verbindung mit der Bestimmungsschaltung 18 erzeugt die Schaltung 24 ferner ein Signal XS, das zur Gewinnung eines Signals XSB verwendet wird, welches den auf Schwebeteilchen zurückzuführenden Extinktionskoeffizienten angibt.

Ferner kann im Überwachungssystem 10 eine Schwebeteilchen-Identifizierungsschaltung 26 vorgesehen sein, die den Typ von sichtbehindernden Schwebeteilchen identifiziert, nämlich Dunst, Rauch, Staub, Nebel oder Sprühregen. Andere meteorologische Fühler 28, wie gestrichelt angedeutet, können ein Signal Z an die Schwebeteilchen-Identifizierungsschaltung 26 und die Niederschlag-Identifizierungsschaltung 20 senden. Das Signal XSB, das den auf Schwebeteilchen zurückzuführenden Extinktionskoeffizienten darstellt, kann ebenfalls zur Niederschlag-Identifizierungsschaltung 20 geliefert werden. Die Erzeugung und Verarbeitung der erwähnten Signale wird weiter unten beschrieben.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des benutzten optischen Fühlsystems. Die Strahlquelle 12a sendet Strahlung mit einer Wellenlänge aus, die aus unsichtbaren und fast-sichtbaren Spektralbereichen gewählt ist, und enthält eine Strahlungsquelle 30 mit einer licht-emittierenden oder einer infrarot-emittierenden Diode, die z. B. Strahlung nahe dem Infrarotbereich mit einer Wellenlänge von ungefähr 0,9 Mikron aussendet. Wenn der Extinktionskoeffizient nicht ermittelt zu werden braucht, dann können zur Niederschlag-Identifizierung und Volumenfeststellung auch andere Wellenlängen benutzt werden. Der Strahl kann durch eine Linse 31 oder einen Schirm oder beides begrenzt werden. Der Detektor 14a enthält einen Fühler 34 mit einem photoelektrischen Element, vorzugsweise einer Silizium-Photozelle. Das Probevolumen 16a wird durch ein Gesichtsfeld begrenzt, das durch die Linse 36, den Schirm 37 oder beides gebildet wird, so daß der Detektor nur einen diskreten Bereich des Strahls "sehen" kann. Der Detektor 14a enthält ein Filter 38, das Strahlung mit der Wellenlänge der Strahlungsquelle 30 durchläßt, und einen Vorverstärker 40. Wenn sich ein Niederschlagsteilchen wie z. B. ein Regentropfen durch das Probevolumen 16a bewegt, wird vom Fühler 34 ein Signalimpuls erzeugt.

Die Amplitude des Signalimpulses ist proportional zum Quadrat des Radius des Regentropfens, und die Dauer des Impulses steht in inverser Beziehung zur Geschwindigkeit des Tropfens. Da das Beobachtungssystem im Freien über 24 Stunden täglich arbeiten soll, muß es in der Lage sein, charakteristische Eigenschaften des Signalimpulses auch bei vorhandenem Tageslicht zu messen. Als Strahlungsquelle 30 könnte man eine nicht-modulierte oder "Gleichstrom"-Strahlungsquelle benutzen, um ein Signal X zu liefern, das für jedes Ereignis innerhalb des Probevolumens eine bestimmte Amplitude und Dauer hat. Die Verwendung einer modulierten oder "Wechselstrom"-Strahlungsquelle, vorzugsweise mit einer Rechteckwellenmodulation im Tastverhältnis von 50%, und einer Synchrondemodulation verbessert jedoch das Verhältnis von Nutzsignal zu Rauschsignal (Rauschabstand) in der Empfängerelektronik erheblich und erlaubt somit Messungen von Schwebeteilchen mit größerer Genauigkeit, als es im Falle einer nicht-modulierten Quelle möglich wäre. Der Rauschabstand ist weniger wichtig für Signale, die Niederschlagsteilchen repräsentieren, weil solche Signale größere Impulsamplituden haben.

Wenn eine modulierte Strahlungsquelle benutzt wird, dann muß die Modulationsfrequenz hoch genug sein, um eine genaue Messung der Amplitude und Dauer eines durch ein Niederschlagsteilchen verursachten Signalimpulses zu erlauben. Die Spitzenwerte aller Einzelschwingungen definieren eine Impuls-Hüllkurve. Die Anzahl von Schwingungen, die der Hüllkurve des Signalimpulses durch die Modulationsfrequenz überlagert sind, muß groß genug sein, damit die Schwingungen die Form der Impuls-Hüllkurve nicht allzu sehr verzerren.

Die Strahlungsquelle 30 kann mit 1-4 kHz, vorzugsweise mit 2-3 kHz moduliert werden, je nach der Verarbeitungsgeschwindigkeit der bestimmenden, identifizierenden und definierenden Schaltungen. Höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten erlauben höhere Modulationsfrequenzen. Die erwähnte Modulationsfrequenz ist auch vorteilhaft, weil sie zur Vermeidung fehlerhafter Ergebnisse beiträgt, die durch flimmernde Sonnenlicht-Reflexionen von Objekten außerhalb des Überwachungssystems verursacht werden könnten.

Sowohl die Strahlquelle 12a als auch der Detektor 14a sind auf einem Träger 42 montiert, der Befestigungsmittel 44 und einen Eichgerätehalter 46 aufweist, um die Eichung des Instrumentes zu prüfen. Diese Anordnung kann nach entsprechender Anpassung vom Sichtmeßgerät des Typs VR-301 des Herstellers HSS, Inc. übernommen werden. Das Probevolumen 16a wird im Hinblick auf zwei einander entgegengesetzte Forderungen gewählt. Je größer das Probevolumen ist, desto kürzer ist die Zeitspanne, in der eine repräsentative Abtastung von Teilchengrößen und Teilchengeschwindigkeiten erhalten werden kann. Andererseits muß das Probevolumen so klein sein, daß mit hoher Wahrscheinlichkeit jederzeit nur jeweils ein Teilchen hindurchtritt; ansonsten kann die Größe und die Geschwindigkeit jedes individuellen Teilchens nicht bestimmt werden. Diese Forderungen werden mit Probevolumen von 200-1000 ml erfüllt, insbesondere mit Volumen in der Nähe von einem halben Liter. Probevolumen geringerer Größe können verwendet werden, wenn man das Abtastintervall länger macht. Wenn das Probevolumen größer ist, können gleichzeitig mit einem großen Tropfen ein oder mehrere kleine Tropfen in diesem Volumen vorhanden sein. Das Signal von einem großen Niederschlagsteilchen dominiert jedoch so stark, daß die Meßgenauigkeit in der Identifizierung oder Quantifizierung von Niederschlag praktisch nicht leidet, wenn sich die Signale der beiden Teilchen überlappen.

Der Detektor 14a befindet sich einige Fuß von der Strahlquelle 12a entfernt und ist so angeordnet, daß er gestreute Strahlung empfängt. Um nicht die an Regentropfen gebeugte Komponente der Strahlung aufzufangen, ist der Detektor 14a so angeordnet, daß er nur Strahlung empfängt, die unter Streuwinkeln von mehr als 6° abgestreut wird. Der optimale Bereich von Vorwärtsstreuwinkeln für die Bestimmung der Sichtweite bei vorhandenen Schwebeteilchen ist 30°-55°. Deswegen ist der Detektor 14a vorzugsweise so anzuordnen, daß er vorwärts gestreute Strahlung mit einem zentralen oder mittleren Streuwinkel von 30° bis 55° empfängt. Für die Identifizierung von Niederschlag und die Volumenfeststellung ist der nutzbare Bereich von Streuwinkeln viel größer. In der Tat ist sogar ein Gesichtsfeld, das rückgestreute Strahlung mit einem zentralen Streuwinkel von 180° empfängt, für die Bestimmung des Extinktionskoeffizienten geeignet, wenn auch hierbei die Genauigkeit kleiner ist als im Falle eines Gesichtsfeldes für vorwärts-gestreute Strahlung.

Die Signalverarbeitung, wie sie bei einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt, ist in Fig. 3 veranschaulicht. Ein von der Strahlquelle 12b ausgehender Strahl trifft auf Schwebeteilchen innerhalb des Probevolumens 16b. Abgestreute Strahlung wird vom Detektor 14b empfangen. Die Strahlquelle 12b ist bei dieser Ausführungsform rechteckwellenförmig moduliert, und das vom Fühler 34b des Detektors 14b erzeugte Signal ist im Schaubild 50 der Fig. 3 dargestellt. Die Schaubilder 50, 60, 68 und 74 zeigen die Amplitude A bzw. die Signalintensität über der Zeit T. Umgebungslicht erzeugt ein nicht-moduliertes "Gleichstrom"-Signal 52. Die gestreute Strahlung der Strahlquelle 12b erscheint als Rechteck-Spitzenwerte 54, wenn das Probevolumen 16b nur Schwebeteilchen enthält, d. h. wenn keine Niederschlagsteilchen durch das Probevolumen wandern. Der Detektor 14b kann eine Abtrennschaltung 56 enthalten, welche die auf gestreute Strahlung zurückzuführenden Signale von den auf Umgebungsstrahlung zurückzuführenden Signalen trennt. Die Abtrennschaltung 56 enthält eine elektronische Bandpaßfilter- und Verstärkerschaltung, die das Signal X erzeugt, wie es mit der Kurve 58 im Schaubild 60 dargestellt ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, sendet der Detektor 14 das Signal X an die Bestimmungsschaltung 18 und auch an die Extinktionskoeffizienten-Definierschaltung 24. Die Definierschaltung 24 enthält einen Signalgeber 62, bei der es sich um eine Einrichtung zur Lieferung eines analogen Gleichstromsignals Y handelt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Der Signalgeber 62 enthält einen Synchrongleichrichter 64, der die negativen Spitzen des Signals X invertiert, um eine zusätzliche Gruppe positiver Spitzenwerte 66 zu schaffen, wie es im Schaubild 68 dargestellt ist. Der Signalgeber 62 enthält außerdem eine Tiefpaßfilter- und Verstärkerschaltung 70, die das Gleichstromausgangssignal Y erzeugt, das mit der Kurve 72 im Schaubild 74 dargestellt ist. Der Signalgeber 62 kann in Hardware oder durch einen programmierten Mikroprozessor oder andere Logikeinrichtungen realisiert werden.

Die Änderungen des Signals X, die sich infolge Wanderung von Niederschlagsteilchen durch das Probenvolumen ohne Vorhandensein von Schwebeteilchen ergeben, ist in Fig. 4A gezeigt, während die Änderung bei Vorhandensein von Schwebeteilchen in Fig. 4B gezeigt ist. Die Fig. 4A und 4B stellen den Verlauf der Amplitude A als Funktion der Zeit T für das Signal X vom Detektor 14 nach Fig. 1 dar. In seiner Modulation stellt das Signal Impulse dar, wie sie im Schaubild 80 bei 82, 84 und 86 gezeigt sind. Der Impuls 84 repräsentiert einen großen Tropfen, hat also große Amplitude. Die relative kurze Dauer dieses Impulses deutet auf eine hohe Geschwindigkeit. Der Impuls 86 repräsentiert ein sehr kleines Tröpfchen oder Niederschlagsteilchen. Die geringe Größe wird durch die kurzen Impulsspitzen angezeigt, und die längere Dauer dieses Impulses deutet darauf hin, daß dieser Tropfen sich relativ langsam bewegt. Der Impuls 82 repräsentiert ein Teilchen mittlerer Größe und mittlerer Geschwindigkeit. Das Schaubild 88 zeigt die Hüllkurven 82a, 84a und 86a, wie sie von der Größen- und Geschwindigkeits-Bestimmungsschaltung 18 nach Fig. 1 abgetastet werden. Im Schaubild 88 erkennt man auch die Wirkung des Synchrongleichrichters in der Schaltung 18, der die negativen Spitzen invertiert.

Das Schaubild 90 in Fig. 4B zeigt das Ausgangssignal X im Falle, daß schwebende Teilchen eine Streustrahlung verursachen, deren Niveau durch die Amplitude 92 angezeigt ist. Oberhalb dieser Amplitude 82 erheben sich Impulse 82b, 84b und 86b. Das Schaubild 90 zeigt die Hüllkurven 82c, 84c und 86c der Niederschlagsteilchen-Impulse, wie sie sich über die Schwebeteilchen-Signale der Amplitude 92c erheben.

Die Verarbeitung des Ausgangssignals Y für Impuls-Hüllkurven 82d, 84d und 86d ist in Fig. 4C veranschaulicht. Wie für die Impuls-Hüllkurve 84d gezeigt, kann die Größe des Niederschlagsteilchens aus folgender Beziehung errechnet werden:

PA=KR²

oder

wobei PA die Spitzenamplitude des Impuls, K eine Eich-Proportionalitätskonstante und R der Radius des Niederschlagsteilchens ist. Die Konstante K gewinnt man dadurch, daß man einen Wassertropfen bekannter Größe durch das Probenvolumen fallen läßt und das System entsprechend eicht. Die Spitzenamplitude PA kann unter Verwendung einer Logikschaltung ermittelt werden, die, wenn eine modulierte Strahlungsquelle benutzt wird, den jeweils letzten Signalwert mit einem vorangehenden Signalwert vergleicht. Falls der neue Signalwert größer ist als der vorangehende Wert, dann nimmt die Logikschaltung den neuen Wert als maximalen Signalwert. Dieser Prozeß wird wiederholt, bis der Spitzenwert des gleichgerichteten Wechselsignals gefunden ist.

Die Geschwindigkeit eines Niederschlagsteilchens läßt sich aus folgender Beziehung bestimmen:

V=L/TIS

wobei V die Geschwindigkeit des Teilchens, L die Weglänge im Probevolumen und TIS die sogenannte "Durchlaufdauer" ist, d. h. die Zeitdauer, während welcher sich das Teilchen innerhalb des Probevolumens befindet. Eine typische Weglänge ist 8 cm. Um falsche Signale infolge des von der Detektoreinrichtung verursachten Rauschens möglichst zu vermeiden, ist es wünschenswert, eine Schwelle 96 festzusetzen, oberhalb derer ein Niederschlagsteilchen aufgelöst wird und unterhalb derer ein solches Teilchen nicht mehr unterschieden wird. Die Zeit, die ein Niederschlagsteilchen zum Durchlaufen des Probevolumens braucht, wird gemessen durch Zählung der Anzahl der Datenproben, die den gleichgerichteten Signalimpuls darstellen. Die Durchlaufdauer TIS kann man dadurch erhalten, daß man die Zeit für das Durchkreuzen des Schwellenwertes 96 bis zur Rückkehr der Amplitude auf die Basislinie 98 mißt. Einen genaueren Wert für die Durchlaufdauer TIS erhält man, wenn man die Anzahl von Signalproben ab der Spitzenamplitude PA beim Punkt 100 bis zur Rückkehr des Signals auf die Basislinie 98 beim Punkt 102 zählt und den Zählwert dann verdoppelt, so daß sich der Gesamtwert der Durchlaufdauer ergibt. Diese Technik ist in der Praxis deswegen genau, weil die Form der Impuls-Hüllkurve nahezu symmetrisch um den Spitzenwert 100 ist.

Wie in Fig. 4C zu erkennen ist, werden die auf ein mittelgroßes Teilchen zurückzuführende Impuls-Hüllkurve 82d und die auf ein großes Teilchen zurückzuführende Impuls-Hüllkurve 84d aufgelöst, während die auf ein sehr kleines Teilchen zurückzuführende Impuls-Hüllkurve 86d nicht aufgelöst wird. Die Impuls-Hüllkurve 86d deutet zwar theoretisch auf ein sehr kleines Teilchen hin, hat aber eine so kleine Amplitude, daß es sich genausogut um eine Rauschschwankung handeln könnte.

Die Schwelle 96 wird oberhalb der Basislinie 98 gehalten, die das von schwebenden Teilchen verursachte Signal repräsentiert. Wenn sowohl die Schwelle 96 als auch die Basislinie 98 vorhanden ist, wie in Fig. 4C gezeigt, werden Niederschlagsteilchen oberhalb des Schwellenwertes 96 aufgelöst, und nicht-aufgelöste Niederschlagsteilchen, bei denen es sich möglicherweise auch um Rauschen handeln kann, liegen zwischen dem Schwellenwert 96 und der Basislinie 98, während die auf schwebende Teilchen zurückzuführenden Signale eine Amplitude haben, die der Basislinie 98 entspricht.

Die Fig. 5A zeigt in einem idealisierten Diagramm vorbestimmte Werte für Größen und Geschwindigkeiten von Niederschlagsteilchen. Ein gutes Hilfsmittel für die Dimensionierung der Stufen des Teilchengrößen-Maßstabes von Spalte zu Spalte des Diagramms ist die Regentropfengröße-Verteilung nach Marshall-Palmer, beschrieben in der Arbeit von J. S. Marshall und W. Mak Palmer: "The Distribution of Raindrops With Size", J. Meteor. 5, Seiten 165-166 (1948). Diese Verteilung zeigt, daß sich die Größe der Regentropfen mit der Stärke (Rate) des Regens ändert. Es wurden Regenstärken von 0,25 mm/h bis 100 mm/h zugrundegelegt, um die in Fig. 5B angegebenen Wertegruppen für Teilchengrößen bis zu einem Radius von 3 mm aufzustellen (Spalten 1 bis 13). Die physikalische Grenze für den Durchmesser von Regentropfen ist 5 bis 6 mm. Die abgestuften Wertegruppen für den Geschwindigkeits-Maßstab, wie sie in Fig. 5B für die Reihen 1 bis 16 des Diagramms angegeben sind, wurden entsprechend den von Gunn/Kinzer gemessenen Geschwindigkeiten für Regentropfen in stillstehender Luft ausgewählt, nachzulesen in der Arbeit von R. Gunn und G. D. Kinzer: "The Terminal Velocity of Fall for Water Droplets in Stagnant Air", J. Meteor. 6, Seiten 243-248 (1948). Die Spalten 14-16 an der Größen-Skala und die Reihen 14-16 an der Geschwindigkeits-Skala wurden gewählt, um die üblicheren Formen von Hagel mit zu umfassen. Da Geschwindigkeiten von Schneeflocken bekanntlich sehr niedrig sind, in der Größenordnung von 0,5 bis 3,0 m pro Sekunde, überlappen sie sich mit den Geschwindigkeiten sehr kleiner Regentropfen. Wenn sich Regentropfen exakt nach den Modellen von Marshall/Palmer und Gunn/Kinzer verhielten, würden alle Regentropfen-Messungen in die Kästchen unmittelbar entlang der Diagonalen des Diagramms der Fig. 5A fallen. In der Praxis können jedoch verschiedene Faktoren dazu führen, daß die Beziehung zwischen Größe und Geschwindigkeit von dieser idealisierten Charakteristik abweicht: die Größenverteilung für Regentropfen nach Marshall/Palmer ist nur eine größtmögliche Annäherung; Winde und Böen können die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Größe durcheinanderbringen; außerdem kann die Form des Probevolumens die Geschwindigkeits/Größe-Charakteristiken von Teilchen wesentlich beeinflussen, weil Teilchen, die durch einen anderen Teil als durch die Mitte des Proberaums fallen oder infolge von Wind in einer als der vertikalen Richtung fallen, eine etwas andere Geschwindigkeits/Größe-Charakteristik haben, und zwar abhängig von der Form des Probevolumens und der Windrichtung. Der diagonale Teil der Fig. 5A zeigt die sich aufgrund dieser Tatsachen ergebende Auseinanderspreitzung oder Streuung der Regenwerte über mehrere Kästchen bzw. mehrere Spalten- und Reihenpositionen, die verschiedenen Größe- und Geschwindigkeitswerten entsprechen. Sprühregen und Nieseln bestehen aus Teilchen kleinerer Größe und kleinerer Geschwindigkeit und liegen daher in der linken oberen Ecke des Diagramms der Fig. 5A. Fallende Schneeflocken haben eine geringe Geschwindigkeit, aber eine viel größere scheinbare Größe als Regentropfen und sind daher im oberen rechten Teil der Fig. 5A zu finden, während treibender oder wehender Schnee eine zwar gleiche Teilchengröße, jedoch höhere Geschwindigkeit hat. Hagel hat sowohl größere Teilchen als auch höhere Geschwindigkeit als Regen und ist somit in der rechten unteren Ecke eingetragen. Teilchen, die kein Niederschlag sind wie etwa große Staubpartikel, oder falsche Anzeigen belegen die linke untere Ecke der Fig. 5A. Wie weiter unten beschrieben, können auch andere Größen- und Geschwindigkeits-Abstufungen verwendet werden.

Das Beobachtungssystem 10c für gegenwärtiges Wetter ist in der Fig. 6 als Funktionsblockschaltbild dargestellt. Der Strahlsender 12c emittiert einen gepulsten Strahl aus der Strahlungsquelle 30c, der auf schwebende Teilchen oder auf Niederschlagsteilchen innerhalb des Probevolumens 16c trifft. Der Strahlsender 12c enthält eine Einrichtung 110 zur Erzeugung einer Modulations-Rechteckwelle 110. Die Strahlungsquelle 30c spricht auf eine Verstärker- und Treiberschaltung 112 an, die ihrerseits auf den Modulator 110 anspricht. Gestreute Strahlung wird vom Detektor 14c empfangen, in welchem ein Fühler 34c ein Signal erzeugt, aus dem diejenigen Bestandteile, die auf Umgebungslicht zurückzuführen sind, mittels einer elektronischen Bandpaßfilter- und Verstärkerschaltung 56c entfernt werden. Das Ausgangssignal X des Detektors 14c gelangt zu einer Logikschaltung 18c, welche die Größe und Geschwindigkeit von Teilchen bestimmt und im folgenden kurz als "Maßbestimmungslogik" bezeichnet wird. Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform der Erfindung enthält außerdem eine Niederschlag-Identifizierungslogik 20c, eine Intensitäts-Bestimmungslogik 22c, eine Extinktionsbestimmungslogik 24c und eine Schwebeteilchen-Identifizierungslogik 26c. Außerdem kann das dargestellte System wahlweise vorzusehende meteorologische Fühler enthalten, was durch den Block 28c angedeutet ist. Ein großer Teil der gezeigten Ausführungsform kann in Computerprogrammen realisiert sein, die von einem Mikroprozessor 114 durchgeführt werden. Der Detektor 14c liefert das Ausgangssignal X außerdem an eine innerhalb der Extinktionsbestimmungslogik 24c befindliche Einrichtung 62c, die aus diesem Signal ein gleichgerichtetes Analogsignal ableitet und im folgenden kurz als "Analogsignalgeber" bezeichnet wird. Ein in einer Justierlogik 116 enthaltener Phasenschieber 120 koordiniert den Modulator 110 mit einem Synchrongleichrichter 64c im Analogsignalgeber 62c und, über einen Synchronsignalpuffer 122 und einen Zeitverzögerungsgenerator 124, mit einem Analog/Digital-Wandler 118. Ein Analogmultiplexer 126 empfängt das Signal X vom Detektor 14c, das Signal Y vom Analogsignalgeber 62c und ein oder mehrere Signale Z von den wahlweise vorgesehenen meteorologischen Fühlern 28c. Die Signale X, Y und Z werden zuerst dem A/D-Wandler 118 und anschließend einem Demultiplexer 128 zugeführt, der innerhalb des Mikroprozessor 114 liegen kann. Der Demultiplexer 128 trennt die digitalisierten Signale X, Y und Z, um diese Signale jeweils speziellen Verwendungen zuzuführen. Im einzelnen wird das Signal X dazu verwendet, vorhandenen Niederschlag als solchen zu erkennen bzw. "aufzulösen", die Größe der Niederschlagsteilchen zu messen und den Typ des Niederschlags zu identifizieren. Das Signal Y, das aus dem Signal X abgeleitet ist, wird zur Bestimmung des Gesamt-Extinktionskoeffizienten benutzt, und das Signal Z kann in Verbindung mit anderen Signalen, wie es weiter unten noch näher beschrieben wird, zur Identifizierung schwebender Teilchen verwendet werden. Der Mikroprozessor 114 arbeitet mit einem RAM-Speicher (Speicher mit direktem oder wahlfreiem Zugriff), einem ROM-Speicher (Festwertspeicher) und einem Zeitgeber zusammen.

Ein Funktionsblockschaltbild einer Ausführungsform der Maßbestimmungslogik 18d, der Niederschlag-Identifizierungslogik 20d, der Intensitätsbestimmungslogik 22d, der Extinktionsbestimmungslogik 24d und der Schwebeteilchen-Identifizierungslogik 26d ist in den Fig. 7A und 7B dargestellt. Die einzelnen Elemente und ihre Funktionen, wie sie in diesen Figuren angegeben sind, werden durch logische Einrichtungen wie z. B. einen Mikroprozessor realisiert. Die Maßbestimmungslogik 18d enthält eine Auflösungseinrichtung 130, eine Logik 132 zur Erzeugung eines Spitzensignals, eine Logik 134 zur Erzeugung eines Durchlaufdauer-Signals und eine Logik 136 zur Teilchenklassifizierung.

Das Signal X gelangt zu einer digitalen Synchrongleichrichterlogik 138 und einer Unterscheidungslogik 140 innerhalb der in Fig. 7A dargestellten Auflösungseinrichtung 130. Das Signal Z gelangt zur Niederschlag-Identifizierungslogik 20d und zur Schwebeteilchen-Identifizierungslogik 26d, und das Signal Y gelangt zur Extinktionsbestimmungslogik 24d. Die Signale X, Y und Z sind bei dieser Ausführungsform digitalisiert. In der digitalen Synchrongleichrichterlogik 138 werden die negativen Spitzen des Signals X invertiert, um eine zusätzliche Menge positiver Spitzenwerte zu erzeugen. Die Unterscheidungslogik 140 enthält zwei Gruppen digitaler Filter, nämlich ein digitales Großteilchen-Filter 142 und ein digitaler Kleinteilchen-Filter 144. Die Funktion dieser beiden "Teilchenfilter" besteht darin, den bestmöglichen Rauschabstand für den Vorgang zur Bestimmung der Teilchengröße und Teilchengeschwindigkeit zu bekommen. Ursache für Rauscherscheinungen ist entweder Umgebungslicht, das tagsüber auf den Detektor fällt, oder das Eigenrauschen des Detektors während Nachtzeiten. Das Rauschen kann durch Verminderung der Bandbreite des Signals X minimiert werden, jedoch bewirkt eine schmale Bandbreite eine Verzerrung der Impulsform. Da die Größe eines Niederschlagsteilchens von der Amplitude eines Signalimpulses und die Geschwindigkeit von der Impulsdauer repräsentiert wird, kann eine Verzerrung der Impulsform zu Fehlern in der Größen- und Geschwindigkeitsmessung führen. Um dieses Problem zu überwinden, sind zwei Gruppen von Filtern vorgesehen. Teilchen, die geringe Größe und geringe Geschwindigkeit haben wie z. B. Nieselteilchen, ergeben Impulse geringer Amplitude und langer Dauer, was die Verwendung einer schmalen Bandbreite gestattet. In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Filter 144 eine äquivalente elektronische Bandbreite von 0-40 Hz. Große und sich schnell bewegende Teilchen wie die meisten Regentropfen oder große und sich langsam bewegende Teilchen wie Schneeflocken werden über das Großteilchen-Filter 142 verarbeitet. Die äquivalente elektronische Bandbreite des Filters 142 ist 0-160 Hz. Die größere Bandbreite dieses Filters bringt weniger Verzerrungen der größeren Signalimpulse, speziell hinsichtlich der Impulsamplitude, die durch große Niederschlagsteilchen hervorgerufen wird. Die größere Bandbreite des Filters läßt aber auch mehr Rauschen durch, und daher ist eine Schwelleneinstellogik 146 vorgesehen, die einen höheren Schwellenwert für die Auflösung von Niederschlagsteilchen einstellt. Eine andere Schwelleneinstellogik 148 stellt einen niedrigeren Schwellenwert für die Signale des Filters 144 ein, um es der Auflösungseinrichtung 130 zu erlauben, kleinere Teilchen zu erfassen. Große Teilchen werden über den A-Weg der Logik verarbeitet, während die kleinen Teilchen über den B-Weg der Logik verarbeitet werden. Niederschlagsteilchen-Signale, die größer sind als ein vorbestimmtes Maß, werden somit von Signalen unterschieden, die kleiner sind als das vorbestimmte Maß.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Auflösungseinrichtung 130 ein Filter 150 zur Aufrechterhaltung der Basislinie. Dieses Basislinienfilter 150 hält eine Basislinie genau oberhalb des Wertes von Signalen, die von Schwebeteilchen herrühren. Die Genauigkeit wird durch eine sehr schmale Bandbreite von ungefähr 0-5 Hz erzielt, die schnellen Änderungen in Signalen aufgrund von Schwebeteilchen Rechnung trägt, wie sie sich durch die Änderungen im Signal X äußern. Immer wenn ein Niederschlagsteilchen von einem der Logikwege A oder B erfaßt wird, wird die Bandbreite des Basislinienfilters 150 auf eine schmale Bandbreite von ungefähr 0,33 Hz geändert, wodurch der Einfluß der Niederschlagsteilchen auf die Basislinie reduziert wird. Die Schwelleneinstellogik 146 und 148 stellt dann einen Schwellenwert oberhalb der vom Filter 150 gelieferten Basislinie ein. Die vom Filter 150 erzeugte Basislinie ist in der Fig. 4C mit der Linie 98 dargestellt. Die in Fig. 4C eingezeichnete Schwelle 96 wird entweder von der Schwelleneinstellogik 146 oder von der Schwelleneinstellogik 148 eingestellt, je nach Größe und Geschwindigkeit des Niederschlagsteilchens.

Die in Fig. 7A gezeigte Logik 132 zur Erzeugung eines Spitzensignalwertes vergleicht mit einer vorbestimmten Folgefrequenz den jeweils letzten Wert des Signals X mit dem vorangehenden Wert dieses Signals. Wenn z. B. die Strahlungsquelle mit 2 kHz moduliert ist und die Gleichrichterlogik 138 dieses Signal gleichrichtet, dann werden die Werte des Signals X in Abständen von jeweils 1/4000 Sekunden verglichen. Wenn ein neuer Signalwert größer ist als der vorangegangene Signalwert, nimmt die Logik 132 den neuen Wert als maximalen Signalwert. Dieser Prozeß wird wiederholt, bis der Spitzenwert des gleichgerichteten Signals X gefunden ist. Wenn ein Niederschlagsteilchen sowohl über die Schwellenlogik 146 des A-Weges als auch über die Schwellenlogik 146 des B-Weges erfaßt wird, dann wählt ein Wähler 154 den von einer Spitzendetektorlogik 152 erfaßten Spitzenwert aus. Die von einer anderen Spitzendetektorlogik 156 erfaßten Spitzenwerte werden nur dann ausgewählt, wenn die Schwelle des B-Weges überschritten und die Schwelle des A-Weges nicht überschritten wird. Die Logik 134 zur Erzeugung der Durchlaufdauer-Signale funktioniert in ähnlicher Weise. Signale, welche die Schwelle des A-Weges überschreiten, werden in einer Durchlaufdauer-Logik 158 verarbeitet und von einem Wähler 160 ausgewählt. Wenn die Schwelle des B-Weges überschritten und die Schwelle des A-Weges nicht überschritten wird, dann bestimmt die andere Durchlaufdauer-Logik 162 die Durchlaufdauer nach der Methode, wie sie weiter oben anhand der Fig. 4C beschrieben wurde. Der Wähler 154 sendet das Spitzenamplitudensignal PA, und der Wähler 160 liefert den Wert für die Durchlaufdauer TIS.

Jedesmal, wenn ein Niederschlagsteilchen von der Auflösungseinrichtung 130 aufgelöst wird, sendet eine in Fig. 7A gezeigte Anzeigelogik 164 ein Signal 166 an die in Fig. 7B dargestellte Teilchen-Klassifizierungslogik 136. Als Reaktion auf den Empfang des Anzeigesignals 166 verarbeitet die Klassifizierungslogik 136 das Durchlaufdauer-Signal TIS zur Ermittlung der Teilchengeschwindigkeit und das Signal PA zur Bestimmung der Teilchengröße, wie es weiter oben in Verbindung mit Fig. 4C beschrieben wurde. Die Klassifizierungslogik 136 enthält eine Zähleinrichtung 167 zum Zählen der Anzeigesignale 166.

Die Klassifizierungslogik 136 liefert an die Niederschlag-Identifizierungslogik 20d ein Signal 168, das ein aufgelöstes Teilchen mit einer diskreten Größe und Geschwindigkeit repräsentiert. Das heißt, das Signal 168 ist ein Teilchenzählsignal, identifiziert durch Größe und Geschwindigkeit. Innerhalb der Identifizierungslogik 20d vergleicht eine Niederschlag-Einordnungslogik 170 die Größe und Geschwindigkeit des Niederschlagsteilchens mit einer Gruppe vorbestimmter Größen- und Geschwindigkeitswerte, wie sie z. B. in den Fig. 5A und 5B aufgeführt sind. Die Logik 170 ist also eine Einrichtung für die Zuordnung von Größe und Geschwindigkeit zu vorbestimmten Werten. Die Anzahl von Zählungen für jeweils eine bestimmte Größe und Geschwindigkeit wird von der Einordnungslogik 170 akkumuliert.

In den am Ende der Beschreibung angefügten Tabelle I, II, III und IV sind vier verschiedene Beispiele für die Ergebnisse von Wetterbeobachtungen jeweils fünfminütiger Dauer aufgeführt. Jede Tabelle ist eine matrixförmige Aufstellung der während der jeweiligen Beobachtung erhaltenen Zählwerte, geordnet nach Teilchengrößen und Teilchengeschwindigkeiten. Neben dem Betrieb des erfindungsgemäßen Beobachtungssystems lief gleichzeitig ein herkömmlicher Regenmesser mit 0,25-mm-Kippbechern (Hundertstelzoll-Becher).

Die Tabelle I zeigt eine Zahlwertmatrix, wie sie bei leichtem Regen erhalten wurde, wobei 268 Tropfen registriert wurden. Im Titel der Matrixspalten sind Größenbereiche für den Radius von Niederschlagspartikeln in Mikrometer angegeben, während im Titel der Zeilen Geschwindigkeitsbereiche in Zentimetern pro Sekunde angegeben sind. Die Zahlen innerhalb der Matrix geben an, wie oft Niederschlagsteilchen, die den betreffenden Radius und die betreffende Geschwindigkeit hatten, gezählt wurden. Der Zentral- oder Medianwert der Teilchengeschwindigkeiten für die Gesamtanzahl der Teilchen in jeder Spalte ist durch ein Sternchen markiert. Der Kippbecher-Regenmesser lieferte während der Beobachtung den Zählwert Null.

Die Tabelle II ist eine Zählwertmatrix für mäßigen Regen, bei dem insgesamt 1811 Tropfen registriert wurden. Bei diesem Beispiel sind mehr größere Teilchen gezählt worden als im Falle des leichten Regens. Die Medianwerte bei den verschiedenen Größen liegen hier bei etwas höheren Geschwindigkeiten als im Falle des leichten Regens. Der Kippbecher-Regenmesser registrierte den Zählwert 1.

Die Tabelle III zeigt die Zählwertmatrix für mäßigen Schneefall, bei dem 1754 Schneeflocken während einer fünfminütigen Beobachtungsperiode registriert wurden. Man erkennt, daß hier die rechte Seite der Matrix, die für größere Radiuswerte gilt, viele Zählungen enthält. Außerdem liegen die Medianwerte bei den verschiedenen Größen bei weit niedrigerer Geschwindigkeit als im Falle leichten oder mäßigen Regens. Das Kippbecher-Meßgerät registrierte zwei Zählungen.

Die mit der Tabelle IV dargestellte Zählwertmatrix ist ein Beispiel für einen falchen Alarm. Es wurden in diesem Fall zwar 51 Ereignisse registriert, doch liegen alle diese Ereignisse in der ganz linken Spalte. Außerdem liegt der Medianwert dieser Spalte bei einer unüblich hohen Geschwindigkeit. Derart ungewöhnliche Verteilungen der Ereignisse werden von der Niederschlags- Klassifizierungslogik 172 erfaßt, die in Fig. 7B dargestellt ist und weiter unten beschrieben wird.

In den Fig. 8A und 8B sind die Reaktion einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wetterbeobachtungssystems und die Reaktion eines Regenmessers mit Hundertstelzoll- Kippbecher einander gegenübergestellt, und zwar für eine 24stündige Beobachtungsperiode. Die Zeit T ist in Stunden angegeben, und zwar von 0 Stunden bis 12 Stunden in Fig. 8A und von 12 Stunden bis 24 Stunden in Fig. 8B. Die Y-Achse zeigt die Teichenzahl in 1000, also von 0 bis 3000 Zählungen. TT zeigt jeden Kippzeitpunkt des Kippbecher-Regenmessers. Wie man erkennen kann, liefert die vorliegende Erfindung eine weit genauere Anzeige des Auftretens von Regen und, wie noch beschrieben werden wird, auch der Niederschlagsstärke.

In den Fig. 9 bis 13B sind Flußdiagramme dargestellt, welche die Funktion der Niederschlag-Identifizierungslogik 20e und der Schwebeteilchen-Identifizierungslogik 26e zeigen. Nach dem Startschritt 180 bestimmt die Logik 172 mit dem Schritt 182, ob Niederschlag fällt. Wenn beim Schritt 182 weniger als eine Mindestanzahl von Teilchen erfaßt worden ist, dann wird mit dem Schritt 184 der Schwebeteilchentyp identifiziert, was mit der Schwebeteilchen- Identifizierungslogik 26e geschieht, die in der Fig. 7B mit dem Block 26d dargestellt ist. Werden beim Schritt 182 mehr als die Mindestanzahl von Teilchen erfaßt, z. B. mindestens 15 Teilchen in einer fünfminütigen Abtastperiode, dann erfolgt beim nächsten Schritt 186 die Identifizierung des Niederschlags. Beim Schritt 188 ist die Funktion der Niederschlag-Identifizierungslogik 20e und der Schwebeteilchen-Identifizierungslogik 26e beendet. Die einzelnen Teilschritte für den Schritt 182 sind in Fig. 10 dargestellt, und die einzelnen Teilschritte für den Schritt 186 sind in Fig. 11 gezeigt. Der Schritt 184 wird weiter unten beschrieben.

Die Fig. 10 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Schrittes 182 der Fig. 9. Nach dem Beginn des Schrittes 182, also nach dem Teilschritt 190, wird mit dem Schritt 192 die Anzahl von Niederschlagsereignissen pro Minute geprüft. Wenn weniger als drei Ereignisse pro Minute auftreten, wird ein "nein" zurückgegeben (Schritt 194). Treten mehr als drei Ereignisse pro Minute auf, dann geht die Logik zum Schritt 196. Falls es mindestens hundert Ereignisse pro Minute sind, wird mit dem Schritt 198 ein "ja" zurückgegeben, weil eine so hohe Niederschlagrate falsche Ereignisse höchst unwahrscheinlich macht. Falsche Ereignisse können durch flimmernde Sonnenlichtreflexionen von Objekten außerhalb des Systems verursacht werden. Treten weniger als hundert Ereignisse pro Minute auf, wird mit dem Schritt 200 die Anzahl der Zählungen innerhalb Spalte 1, Reihen 1 bis 11, der Matrix M1 geprüft.

Die Matrix M1 ist eine gedehnte Version der Matrix M2 (nicht gezeigt). Die Reihenmatritzen M1 und M2 sind einander gleich, der Unterschied besteht nur darin, daß die Spaltentitel der Matrix M1, welche die Teilchenradien angeben, von 250-350 Mikron in der ersten Spalte bis 1304 Mikron in der sechzehnten Spalte gehen, während die Spaltentitel der Matrix M2 von 250-350 Mikron in der ersten Spalte bis 1303-1549 Mikron in der neunten Spalte und dann bis 4472 Mikron und mehr in der sechzehnten Spalte gehen. Wie unten beschrieben wird, wird die Matrix M1 für geringere Niederschlagsraten benutzt, während die Matrix M2 für stärkeren Niederschlag verwendet wird.

Wenn die Anzahl von Ereignissen innerhalb der Reihen 1-11 der Spalte 1 der Matrix M1 mindestens zwei Ereignisse pro Minute beträgt, dann wird mit dem Schritt 202 die Position der Medianwerte innerhalb der Matrix M1 geprüft. Wenn die Medianwerte in den Spalten 1-16 zwischen Reihe 2 und Reihe 10 liegen, was eine passende Geschwindigkeit der Teilchen anzeigt, dann wird zum nächsten Schritt 204 gegangen, andernfalls wird mit dem Schritt 194 ein "nein" zurückgegeben. Beim Schritt 204 werden Geschwindigkeit und Größe von Niederschlagsteilchen geprüft. Wenn die Anzahl von Ereignissen innerhalb der Spalte 16 mindestens gleich 2 ist oder wenn mindestens zehn Ereignisse pro Minute eintreten, dann wird mit dem Schritt 206 die Matrix M2 verwendet. Wenn beim Schritt 206 die Anzahl von Ereignissen in den Spalten 1-3 größer ist als die Anzahl von Ereignissen in den Spalten 4-6, dann wird mit dem Schritt 198 ein "ja" zurückgegeben: es fällt Niederschlag. Werden die Bedingungen des Schrittes 206 nicht erfüllt, dann wird über den Schritt 194 ein "nein" zurückgegeben. Werden die Bedingungen des Schrittes 204 erfüllt, dann wird mit dem Schritt 208 die Anzahl der Ereignisse, die in der Matrix M1 innerhalb der Spalten 1-4 registriert sind, mit der Anzahl von Ereignissen in den Spalten 5-8 verglichen. Wird das Kriterium des Schrittes 208 nicht erfüllt, dann wird mit dem Schritt 194 ein "nein" zurückgegeben, und als nächstes folgt der Schritt 184 des Diagramms der Fig. 9. Werden die Kriterien erfüllt, dann wird mit dem Schritt 298 ein "ja" zurückgegeben und auf den Schritt 186 des Diagramms der Fig. 9 übergegangen.

Wenn im Flußdiagramm nach Fig. 10 mit dem Schritt 198 ein "ja" zurückgegeben wird, dann folgt als nächstes der Schritt 186 des Diagramms der Fig. 9, der ausführlicher in Fig. 11 gezeigt ist. Mit dem Anfang des Schrittes 198 in Fig. 10 beginnt der Schritt 210 in Fig. 11. Beim anschließenden Schritt 212 wird festgestellt, ob die Niederschlag-Klassifizierungslogik 172 (Fig. 7B) ein Signal Z empfängt und ob das Signal Z Temperatur-Meßergebnisse enthält. Findet eine Temperaturmessung statt, dann wird mit dem Schritt 214 geprüft, ob die gemessene Umgebungstemperatur mindestens gleich +5°C (entspricht 41°F) ist; falls ja, wird mit dem Schritt 216 der Niederschlag als Regen klassifiziert. Ist die Temperatur niedriger als +5°C, dann wird mit dem Schritt 218 geprüft, ob die Temperatur unterhalb oder bei -5°C (liegt (entspricht 23°F); falls ja, wird mit dem Schritt 220 der Niederschlag als Schnee klassifiziert. Wenn beim Schritt 218 festgestellt wird, daß die Temperatur höher ist als -5°C, dann folgt als nächstes der Schritt 222. Wenn innerhalb der Skala der Matrix M1 die Anzahl von Zählungen in den Spalten 2-8 größer ist als 50 und die Anzahl von Zählungen in den Spalten 2-8 kleiner ist als 3,5 multipliziert mit der Anzahl von Zählungen innerhalb der Spalten 9-16, dann wird mit dem Schritt 220 der Niederschlag als Schnee klassifiziert. Andernfalls wird zum Schritt 224 übergegangen, und wenn dort festgestellt wird, daß die Anzahl von Zählungen innerhalb der Spalte 16 kleiner ist als 2 oder daß die Anzahl von Ereignissen pro Minute kleiner ist als 10, folgt der Schritt 226, der ausführlicher in den Fig. 12A und 12B dargestellt ist. Wenn beim Schritt 224 keine der beiden eben genannten Bedingungen erfüllt wird, folgt der Schritt 228, der ausführlicher in den Fig. 13A und 13B gezeigt ist. Wenn weder der Schritt 226 noch der Schritt 228 den Typ des Niederschlags genau identifizieren kann, dann werden die Ereignisse mit dem Schritt 230 einfach als Niederschlag klassifiziert. Sind die Ereignisse als Schnee, Regen oder einfach als Niederschlag klassifiziert worden, dann endet das Unterprogramm beim Schritt 232.

Mit dem Erreichen des Schrittes 226 in Fig. 11 beginnt das in den Fig. 12A und 12B dargestellte Unterprogramm mit dem Schritt 240 (Fig. 12A). Wenn beim nächsten Schritt 242 festgestellt wird, daß die Anzahl von Zählungen innerhalb der Spalten 2-5 der Matrix M1 kleiner ist als 50, wird mit dem Schritt 244 eine Klassifizierung "unbestimmt" abgegeben; andernfalls wird mit dem Schritt 246 die Anzahl von Zählungen innerhalb der Spalten 6-9 geprüft. Falls die Anzahl der Ereignisse kleiner ist als 30, dann werden mit dem Schritt 248 die Medianwerte in den Spalten 2-5 geprüft. Liegen die Medianwerte in der Spalte 2 oder in der Spalte 3, dann wird mit dem Schritt 250 der Niederschlag als Schnee klassifiziert; andernfalls, und wenn die Medianwerte in den Spalten 2-5 der Matrix M1 zwischen den Reihen 7 und 11 einschließlich liegen, dann wird vom Schritt 251 auf den Schritt 252 übergegangen, der den Niederschlag als Regen klassifiziert; andernfalls geht es vom Schritt 251 zum Schritt 244, wo der Niederschlag als "unbestimmt" klassifiziert wird.

Wenn beim Schritt 246 festgestellt wird, daß in den Spalten 6-9 der Matrix M1 mindestens 30 Zählungen registriert sind, dann geht das Unterprogramm zum Schritt 254, von wo aus der Schritt 256 aktiviert wird, wenn in den Spalten 10-16 der Matrix M1 weniger als 30 Zählungen registriert sind. Liegen die Medianwerte der Spalten 2-5 innerhalb der Reihen 1-5 und die Medianwerte der Spalten 6-9 innerhalb der Reihen 2 und 6 (jeweils einschließlich, dann wird mit dem Schritt 250 Schnee angezeigt. Sind diese Bedingungen nicht erfüllt, dann wird mit dem Schritt 258 geprüft, ob die Medianwerte der Spalten 2-5 zwischen den Reihen 4 und 11 (einschließlich) liegen und ob die Medianwerte der Spalten 6-9 zwischen den Reihen 7 und 11 (jeweils einschließlich) liegen. Falls ja, wird mit dem Schritt 252 Regen angezeigt, andernfalls erfolgt mit dem Schritt 244 die Anzeige "unbestimmt".

Wird beim Schritt 254 festgestellt, daß die Anzahl der Zählungen innerhalb der Spalten 10-16 mindestens gleich 30 ist, dann geht das Unterprogramm über zum Schritt 260 (Fig. 12B), wie es mit dem Pfeil A angedeutet ist. Mit dem Schritt 260 wird festgestellt, ob Nebel vorhanden ist, und hierzu wird der Wert des von der Extinktions- Bestimmungsschaltung 24d (Fig. 7B) gelieferten Signals XSB geprüft. Wenn der Wert des Signals XSB, das den durch schwebende Teilchen bedingten Extinktionskoeffizienten darstellt, gleich oder größer ist als 1,5 plus dem Wert 0,003 multipliziert mit der Anzahl von Ereignissen pro Minute, dann wird für die Zwecke dieses Unterprogramms das Vorhandensein von Nebel festgestellt, und es wird mit dem Schritt 262 eine zweiteilige Prüfung durchgeführt. Wenn die Medianwerte der Spalten 2-5 in der Matrix M1 nicht über die Reihe 4 hinausgehen und wenn die Medianwerte der Spalten 6-9 ebenfalls nicht über die Reihe 4 hinausgehen, dann wird mit dem Schritt 264 Schnee angezeigt. Ansonsten wird mit dem Schritt 266 geprüft, ob die Medianwerte der Spalten 2-5 in den Reihen 4-11 und die Medianwerte der Spalten 6-9 in den Reihen 7-11 liegen, und falls ja, wird mit dem Schritt 268 Regen angezeigt. Sind die oben genannten Bedingungen nicht erfüllt, dann liefert das Unterprogramm mit dem Schritt 270 die Anzeige "unbestimmt". Wenn beim Schritt 260 festgestellt wird, daß kein Nebel vorhanden ist, folgt ein Schritt 272, bei dem untersucht wird, ob drei Bedingungen erfüllt sind. Wenn die Medianwerte der Spalten 1-5 nicht weiter liegen als die Reihe 6 und wenn die Medianwerte der Spalten 6-9 in den Reihen 2-6 liegen und wenn die Medianwerte der Spalten 10-13 in den Reihen 2-6 liegen, dann wird mit dem Schritt 264 Schnee angezeigt. Andernfalls werden mit einem folgenden Schritt 274 drei weitere Kriterien geprüft. Wenn die Medianwerte der Spalten 1-5 in den Reihen 3-11 und die Medianwerte der Spalten 6-9 und der Spalten 10-13 in den Reihen 7-11 liegen, dann wird mit dem Schritt 268 Regen angezeigt. Falls nein, liefert das Unterprogramm mit dem Schritt 270 die Anzeige "unbestimmt".

In den Fig. 13A und 13B sind die Einzelschritte innerhalb des Schrittes 228 des Diagramms der Fig. 11 dargestellt, bei dem die Verteilung innerhalb der Matrix M2 geprüft wird. Nach dem Eingangsschritt 280 geht dieses Unterprogramm zum Schritt 282, bei dem festgestellt wird, ob die Anzahl von Zählungen in den Spalten 2-3 kleiner ist als 50; falls ja, erfolgt mit dem Schritt 284 die Anzeige "unbestimmt". Andernfalls geht es zum Schritt 286, und wenn dort festgestellt wird, daß die Anzahl von Ereignissen innerhalb der Spalten 4-5 kleiner ist als 30, werden mit einem anschließenden Schritt 288 die Medienwerte in den Spalten 2-3 untersucht. Wenn diese Medianwerte innerhalb der Reihen 2 und 3 liegen, wird mit dem Schritt 290 Schnee angezeigt. Andernfalls wird mit dem Schritt 292 festgestellt, ob die Medianwerte der Spalten 2-3 in den Reihen 7-11 liegen. Falls ja, wird mit dem Schritt 294 Regen angezeigt. Andernfalls wird mit dem Schritt 284 die Anzeige "unbestimmt" zurückgegeben. Wenn beim Schritt 286 festgestellt wird, daß mindestens 30 Ereignisse innerhalb der Spalten 4-5 registriert sind, wird mit dem Schritt 296 die Anzahl der Ereignisse in den Spalten 6-7 geprüft. Liegt diese Anzahl unter 30, wird mit dem Schritt 298 geprüft, ob die Medianwerte der Spalten 2-3 irgendwo in den Reihen 1-5 und die Medianwerte der Spalten 4-5 in den Reihen 2-5 liegen. Falls ja, wird mit dem Schritt 290 Schnee angezeigt; sind die beiden genannten Bedingungen jedoch nicht erfüllt, wird mit dem Schritt 300 festgestellt, ob die Medianwerte der Spalten 2-3 in den Reihen 4-11 und die Medianwerte der Spalten 4-5 in den Reihen 7-11 liegen. Falls diese Bedingungen erfüllt sind, wird mit dem Schritt 294 Regen angezeigt; andernfalls wird mit dem Schritt die Anzeige "unbestimmt" abgegeben.

Wenn beim Schritt 296 festgestellt wird, daß in den Spalten 6-7 mindestens 30 Ereignisse registriert sind, geht das Unterprogramm zum Schritt 302 des in Fig. 13B dargestellten Teils, wie es mit dem Pfeil B angedeutet ist. Das Vorhandensein von Nebel wird in ähnlicher Weise bestimmt wie beim Schritt 260 in Fig. 12B. Ist Nebel vorhanden und liegen die Medianwerte der Spalten 2-3 in der Reihe 4 oder darunter und die Medianwerte der Spalten 4-5 in den Reihen 2-4 (Schritt 304), dann wird mit dem Schritt 306 jedoch Schnee angezeigt. Wenn die beiden Bedingungen des Schrittes 304 aber nicht erfüllt werden, dann wird mit dem Schritt 308 geprüft, ob die Medianwerte der Spalten 2 und 3 in den Reihen 4-11 und die Medianwerte der Spalten 4-5 in den Reihen 7-11 liegen; falls ja, wird mit dem Schritt 310 Regen angezeigt.

Wird beim Schritt 302 festgestellt, daß kein Nebel vorhanden ist, dann geht es zum Schritt 312, und wenn dort festgestellt wird, daß die in den Spalten 8 und 9 registrierte Anzahl der Ereignisse kleiner ist als 30, geht es zum Schritt 314, der eine dreiteilige Prüfung der Verteilung in der Matrix M2 beinhaltet. Falls die Medianwerte der Spalten 2-3 in den Reihen 1-6 liegen und die Medianwerte der Spalten 4-5 und 6-7 in den Reihen 2-6 liegen, dann wird mit dem Schritt 306 Schnee angezeigt. Andernfalls folgt mit dem Schritt 316 eine weitere dreiteilige Prüfung, und wenn dort festgestellt wird, daß die Medianwerte der Spalten 2-3 in den Reihen 2-11 und die Medianwerte der Spalten 4-5 und 6-7 in den Reihen 7-11 liegen, wird mit dem Schritt 310 Regen angezeigt. Andernfalls erfolgt mit dem Schritt 318 die Anzeige "unbestimmt". Wenn beim Schritt 312 festgestellt wird, daß mindestens 30 Ereignisse innerhalb der Spalten 8 und 9 registriert sind, dann geht das Unterprogramm zum Schritt 320, der eine vierteilige Prüfung beinhaltet. Wenn dort festgestellt wird, daß die Medianwerte der Spalten 2-3 innerhalb der Reihen 1-6 und die Medianwerte der Spalten 4-5, 6-7 und 8-9 innerhalb der Reihen 2-6 liegen, wird über den Schritt 306 Schnee angezeigt. Andernfalls wird mit dem Schritt 322 festgestellt, ob die Medianwerte der Spalten 2-3 in den Reihen 3-11 und die Medianwerte der Spalten 4-5, 6-7 und 8-9 in den Reihen 7-11 liegen, und falls ja, wird mit dem Schritt 310 Regen angezeigt. Wenn jedoch mindestens eine der genannten Bedingungen nicht erfüllt ist, geht das Unterprogramm zum Schritt 318, d. h. der Niederschlagstyp wird als "unbestimmt" angezeigt.

Das Wetterbeobachtungssystem kann ferner eine Logik 22d (Fig. 7B) zur Feststellung der Intensität des Niederschlages aufweisen, welche die Menge des Niederschlags ermittelt, die während jeweils einer eingestellten Zeitperiode, typischerweise alle 6 Minuten, angesammelt wird. Hierzu werden verschiedene Schritte benutzt, je nach dem Typ des Niederschlags. Für Regen wird der Wasserinhalt bzw. das Volumen jedes aufgelösten Niederschlagsteilchens ermittelt, und die Volumen aller durch das Probevolumen gefallenen Regentropfen werden dann summiert. Wie oben in Verbindung mit Fig. 4C beschrieben wurde, ist die Amplitude des von einem Regentropfen hervorgerufenen Signals proportional zum Quadrat des Tropfenradius. Das Volumen V jedes Tropfens wird unter Verwendung der Formel

V=4/3πr³

errechnet. Die Gesamtmenge des Wassers W, das während einer gegebenen Zeitspanne fällt, ist durch folgenden Ausdruck gegeben:

wobei A die Querschnittsfläche des Probevolumens ist, d. h. die der Richtung des Regenfalles dargebotene Fläche; N(R) ist die Anzahl von Regentropfen des Radius R, die während der Meßperiode durch das Probevolumen fallen, und die Konstante K enthält einen Eichfaktor, der entweder durch Vergleich mit einem unabhängigen Regenmesser oder dadurch erhalten werden kann, daß man Wassertropfen bekannter Größe durch das Probevolumen fallenläßt. Die Konstante K enthält ferner einen weiteren Faktor zur Umwandlung der physikalischen Dimensionen der Tropfen und der Fläche in Standard-Meßeinheiten für Regenfall, z. B. in mm-Wasserhöhe.

Gefrorene Niederschlagspartikel werden der Größe nach eingeordnet durch Vergleich mit ihren Regentropfen-Äuqivalenten. Das heißt, ein Teilchen gefrorenen Niederschlags wird der gleichen Größe zugeordnet wie ein Regentropfen, der im Signal X die gleichwertige Amplitude erzeugt. Nach Identifizierung des Typs des Niederschlages in der Niederschlag-Identifizierungslogik 20d (Fig. 7B) wird die Stärke des Schneefalls oder anderen gefrorenen Niederschlags in Form des äquivalenten Wasserinhaltes gemessen. Zur Messung von Schneefall kann ein empirisch ermittelter Dichtefaktor benutzt werden, der im allgemeinen auf alle Formen von Schnee einschließlich Eiskörnern paßt. Der Wert des Dichtefaktors von Schnee beträgt im allgemeinen etwa 0,1. Wenn also eine vorhandene Art von Niederschlag als Schnee identifiziert worden ist, findet man den äuqivalenten Wasserinhalt, indem man zuerst ausrechnet, wieviel Wasser entsprechend große Teilchen in Kugelform und mit einer Dichte von 1,0 ergäben, und dann die ermittelte Wassermenge mit dem Dichtefaktor multipliziert, um den äquivalenten Wasserinhalt für das Schneeteilchen zu finden. Wenn die Grundform des Niederschlags bestimmt ist, d. h. wenn festgestellt ist, ob es sich bei dem gefrorenen Niederschlagsteilchen um Schnee, Graupeln, Schneekörner oder Eiskörner handelt, kann eine genauere Methode der Ermittlung des äuqivalenten Wasserinhaltes angewandt werden. Für jede Form gefrorenen Niederschlags kann ein empirisch gefundener Dichtefaktor genommen und mit der berechneten Wassermenge multipliziert werden. Einen ähnlichen Weg kann man auch beschreiben, wenn es sich um gemischten Niederschlag handelt, der flüssige und gefrorene Teilchen oder Kombinationen verschiedenartiger gefrorener Teilchen enthält.

Das Beobachtungssystem für gegenwärtiges Wetter kann auch eine Logik zur Bestimmung von Extinktionskoeffizienten enthalten, wie sie mit 24d in den Fig. 7A und 7B dargestellt ist. Diese "Extinktionsbestimmungslogik" 24d enthält eine in Fig. 7A dargestellte Subtraktionslogik 330, die Signale, welche auf gestreute Strahlung zurückzuführen sind, die erfaßt wird, wenn mindestens ein Niederschlagsteilchen aufgelöst wird, von gestreuter Strahlung subtrahiert, die während des übrigen Teils der Abtastperiode erfaßt wird, wenn kein solches Teilchen aufgelöst wird. Die Subtraktionslogik 330 eliminiert den gesamten Teil des von der digitalen Synchrongleichrichterlogik 138 empfangenen Signals X, wenn die Anzeigelogik 164 anzeigt, daß ein Niederschlagsteilchen aufgelöst worden ist. Die Subtraktionslogik 30 sendet dann ein Signal XS, das den nur auf Schwebeteilchen zurückzuführenden Extinktionskoeffizienten darstellt. Um das Signal derjenigen Zeit zu eliminieren, in welcher ein Niederschlagsteilchen im Probevolumen war, geht die Subtraktionslogik 330 um eine vorbestimmte Zeit zurück, um denjenigen Teil des Teilchensignals zu entfernen, welcher der Überschreitung der Erfassungsschwelle vorangeht, nachdem das Signal die Basislinie gekreuzt hat.

Die Signale XS und Y werden dann einer signalmittelnden Logik 332 zugeführt, die in Fig. 7B gezeigt ist. Die in dieser Mittelungslogik 332 durchgeführten logischen Schritte sind in den Fig. 14A und 14B veranschaulicht. Die Impuls-Hüllkurven, die das Signal Y darstellen, sind im Schaubild 340 eingezeichnet, das die Amplitude A über der Zeit T zeigt. Die Schwelle 342 und die Basislinie 344 sind ebenfalls eingezeichnet. Das Schaubild 346 zeigt das Signal 348, das den Mittelwert des Signals Y anzeigt, genommen über die Zeitdauer der Messung (Abtastzeit), typischerweise 30 Sekunden. Der Teil 350 des Signals 348 rührt von erfaßten Teilchen her, während der Teil 352 von unerfaßten Teilchen herrührt. Das auf Schwebteilchen zurückzuführende Signal ist der Teil 354. Die im Schaubild 340 der Fig. 14A gezeigten Impuls-Hüllkurven 356, 358 und 360 repräsentieren erfaßte oder aufgelöste Teilchen, während die Impuls-Hüllkurven 362 und 364 unerfaßte oder nicht-aufgelöste Teilchen repräsentieren. Der Anteil unerfaßter Teilchen in einer gegebenen Probe kann empirisch bestimmt werden.

Die Wirkung der Subtraktionslogik 330 ist im Schaubild 370 der Fig. 14B veranschaulicht. Die Subtraktionslogik 330 entfernt die Zeitintervalle 372, die erfaßte Teilchen 356a, 358a und 360a repräsentieren. Die übrigbleibende Amplitude, herrührend von unerfaßten Teilchen 362a und 364a, sowie die von Schwebeteilchen herrührende Amplitude stellen das Signal XS dar. Im Schaubild 374 ist die Amplitude über komprimiertem Zeitmaßstab dargestellt; der dort gezeigte laufende Mittelwert enthält nicht die Zeitintervalle 372. Der Mittelwert des Signals XS ist durch das Signal 376 repräsentiert, von dem ein Teil 352a auf unerfaßte Teilchen zurückzuführen ist und ein weiterer Teil 354a von Schwebeteilchen herrührt.

Die Mittelungslogik 332 (Fig. 7B) sendet ein Signal 348a, das den Mittelwert des Signals Y darstellt und ein Signal 376a, das den Mittelwert des Signals XS darstellt, an eine Koeffizienten-Bestimmungslogik 380. Die Mittelungslogik liefert also den Mittelwert der Streustrahlungssignale Y und den Mittelwert des Ausgangssignals XS der Subtraktionslogik 330. Die Koeffizienten-Bestimmungslogik 380 ist eine Einrichtung zur Gewinnung des Gesamt- Extinktionskoeffizienten der Atmosphäre aus dem gemittelten Streustrahlungssignal 348a und eine Einrichtung zur Gewinnung des auf Schwebepartikel zurückzuführenden Extinktionskoeffizienten aus dem Mittelwertsignal 376a. Der Extinktionskoeffizient β wird erhalten, indem das betreffende Eingangssignal S, bei dem es sich entweder um das Signal 348a oder das Signal 376a handelt, mit einer Eichkonstanten K multipliziert wird, die unter Berücksichtigung der für die Beobachtung gewählten Sichtweite gewählt wird. Die Sichtweite kann aus einer gewöhnlichen Variation des Koschmieder'schen Gesetzes bestimmt werden, wobei die Sichtweite VR gleich 3/β ist. Für eine Sichtweite von 30 m bis 300 km wird eine Konstante von ungefähr 10 gewählt. Eine Konstante von 40 würde eine geschätzte Sichtweite von 7,5 m bis 75 km bedeuten. Das Wetterbeobachtungssystem ist so justiert, daß sich ein bekanntes Eingangssignal von einer Bezugsnorm um ein Maß unterscheidet, das gleich einer Multiplikationskonstante K ist.

Die Schwebeteilchen-Identifizierungslogik 26d (Fig. 7B) ordnet den auf Schwebeteilchen zurückzuführenden und durch das Signal XSB repräsentierten Extinktionskoeffizienten einer gegebenen Sichtbedingung zu, wie es durch einen herkömmlichen Sichtcode beschrieben sein kann, z. B. den "International Visibility Code". Schwebeteilchen werden identifiziert, indem das Signal XSB mit vorbestimmten Werten für verschiedene Typen von Schwebeteilchen verglichen wird, und zwar unter zusätzlicher Berücksichtigung des die relative Feuchtigkeit anzeigenden Signals Z, das von einem Feuchtigkeitsfühler geliefert wird, z. B. dem Modell HMP-111A der Firma Vaisala, Finnland. So deutet z. B. ein hoher Extinktionskoeffizient in Verbindung mit einer hohen relativen Feuchtigkeit normalerweise auf das Vorhandensein von Nebel. Ist die relative Feuchtigkeit hingegen gering, dann wird stattdessen Rauch oder Staub angezeigt. Es können auch die Meßergebnisse von anderen meteorologischen Fühlern (Signal Z) in Verbindung mit der relativen Feuchtigkeit und dem Signal XSB benutzt werden.

Wenn manche Figuren spezielle Merkmale der Erfindung zeigen und andere nicht, dann hat das nur Beilspielcharakter und dient der Übersichtlichkeit, denn gemäß der Erfindung kann jedes Merkmal mit jedem beliebigen anderen Merkmal oder allen anderen Merkmalen kombiniert werden.

Auf den nächsten Seiten finden sich noch die in der vorstehenden Beschreibung behandelten Tabellen I, II, III und IV.

Claims (36)

1. Anordnung zur Erfassung und Qualifizierung des Vorhandenseins von Teilchen in der Atmosphäre an einem Wetterbeobachtungsort, mit folgenden Einrichtungen:
einer Strahlungsquelle zur Erzeugung eines elektromagnetischen Strahlenbündels in der Atmosphäre;
einer Erfassungseinrichtung, deren Gesichtsfeld das Strahlenbündel schneidet und mit diesem ein Probevolumen der Atmosphäre definiert und die ein Erfassungssignal liefert, das repräsentativ für den Augenblickswert der von Teilchen innerhalb des Probevolumens gestreuten Strahlung ist;
einer Verarbeitungseinrichtung, die aus dem Erfassungssignal Wetterdaten ableitet,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verarbeitungseinrichtung eine den zeitlichen Verlauf des Erfassungssignals überwachende Meßeinrichtung (18) enthält, welche die Intensität und die Dauer von Ausschlägen des Erfassungssignals jenseits eines Schwellenwertes (96 in Fig. 4C) mißt und als Größe bzw. Geschwindigkeit eines durch das Probevolumen (16) wandernden Niederschlagsteilchens bewertet; und
daß die Verarbeitungseinrichtung eine Identifizierungseinrichtung (20) enthält, die aus der Größen- und der Geschwindigkeitsbewertung den Typ des Niederschlags identifiziert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Probevolumen im Bereich von 200 bis 1000 Millilitern liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (18d) eine Auflösungseinrichtung (130) enthält, mit einer Einrichtung (150), die durch Tiefpaßfilterung des Erfassungssignals einen für das Vorhandensein von schwebenden Teilchen im Probevolumen charakteristischen Signalwert (98) erzeugt, und mit einer Einrichtung (146, 148), die den Schwellenwert oberhalb dieses Signalwertes einstellt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (18d in Fig. 7) eine Einrichtung (132) zur Erzeugung eines Spitzenwertsignals (PA) und eine Einrichtung (160) zur Erzeugung eines Durchlaufdauersignals (TIS) enthält, das die Zeitdauer angibt, während welcher sich ein Niederschlagsteilchen im Probevolumen befindet.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungseinrichtung (20d in Fig. 7B) eine Einrichtung (170) enthält, um Größe und Geschwindigkeit des Niederschlagsteilchens vorbestimmten Größen- und Geschwindigkeitswerten für Niederschlagsteilchen zuzuordnen.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflösungseinrichtung (130 in Fig. 7B) eine Einrichtung (140) enthält, um ein Niederschlagsteilchensignal, das größer ist als ein vorbestimmtes Maß, von einem Niederschlagsteilchensignal zu unterscheiden, das kleiner ist als das vorbestimmte Maß.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (18d) einen das größere Signal verarbeitenden Meßweg (146, 152, 158) für große Teilchen und einen das kleinere Signal verarbeitenden Meßweg (148, 156, 162) für kleine Teilchen enthält.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (18d in Fig. 7A) folgendes enthält:
eine einen Spitzensignalwert erzeugende Einrichtung (132) mit einem auf das größere Signal ansprechenden ersten Spitzensignalerzeuger (152) und einem auf das kleinere Signal ansprechenden zweiten Spitzensignalerzeuger (156); und
eine Einrichtung (134) zur Erzeugung eines die Durchlaufdauer eines Niederschlagsteilchens durch das Probevolumen angebenden Wertes (TIS), mit einem auf das größere Signal ansprechenden ersten Durchlaufdauergenerator (158) und einem auf das kleinere Signal ansprechenden zweiten Durchlaufdauergenerator (162).

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (18d in Fig. 7A) eine Einrichtung (164) enthält, die das Auftreten eines aufgelösten Niederschlagsteilchensignals anzeigt, und eine Einrichtung (167) zum Zählen dieser Anzeigen.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungseinrichtung (20d in Fig. 7B) eine Einrichtung (170) enthält, um Größe und Geschwindigkeit des Niederschlagsteilchens ersten oder zweiten vorbestimmten Größen- und Geschwindigkeitswerten zuzuordnen, je nachdem, ob die Häufigkeit der Anzeigen kleiner oder größer ist als ein vorbestimmtes Maß.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Einrichtung (22d in Fig. 7B) zur Bestimmung der Intensität des Niederschlages vorgesehen ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitätsbestimmungseinrichtung (22d) eine Einrichtung zur Bestimmung des Volumens des Niederschlagsteilchen aus dessen Größenbewertung und dessen identifiziertem Typ enthält.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitätsbestimmungseinrichtung (22d in Fig. 7B) eine Einrichtung enthält, welche die Volumen von mehr als einem Niederschlagsteilchen über eine bekannte Zeitdauer summiert.

14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (12c in Fig. 6) ein Bündel rechteckwellenförmig modulierter Strahlung sendet.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die gesendete Strahlung mit einer Frequenz von einem bis vier Kilohertz moduliert ist.

16. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (18c in Fig. 6) eine Justiereinrichtung (116) enthält, um die Meßeinrichtung mit der Modulationsfrequenz zu synchronisieren.

17. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (12a in Fig. 2) Strahlung mit einer Wellenlänge emittiert, die aus sichtbaren und fast-sichtbaren Spektralbereichen ausgewählt ist.

18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlquelle (12a in Fig. 2) eine Lichtemissionsdiode (30) enthält.

19. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (14a in Fig. 2) ein Gesichtsfeld hat, das nur vorwärtsgestreute Strahlung erfaßt.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesichtsfeld Strahlung erfaßt, die in einem mittleren Winkel von 30° bis 55° gegenüber der Strahlachse vorwärtsgestreut ist.

21. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (14a in Fig. 2) ein photoelektrisches Element (34) enthält.

22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das photoelektrische Element (34) eine Photozelle ist.

23. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (12b) mit einer vorbestimmten Frequenz moduliert ist und daß die Erfassungseinrichtung (14b in Fig. 3) eine frequenzselektive Einrichtung (56) enthält, die Signale, welche von gestreuter Strahlung herrühren, von Signalen trennt, die von Umgebungsstrahlung herrühren.

24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung (56c in Fig. 6) ein Bandpaßfilter enthält.

25. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflösungseinrichtung (130 in Fig. 7) eine gleichrichtende Einrichtung (138) enthält, um negative Spitzen der von der Erfassungseinrichtung kommenden Signale (X) zu invertieren.

26. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert im Meßweg für große Teilchen (146, 152, 158) höher als der Schwellenwert im Meßweg für kleine Teilchen (148, 156, 162) gehalten ist, um die von Niederschlagsteilchen herrührenden Signale besser gegenüber dem Rauschen der Erfassungseinrichtung aufzulösen.

27. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Extinktionsbestimmungseinrichtung (24c) zur Bestimmung des atmosphärischen Extinktionskoeffizienten (Fig. 6).

28. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Extinktionsbestimmungseinrichtung (24d in Fig. 7) eine auf die Erfassungseinrichtung (Signal X) ansprechende Subtraktionseinrichtung (330) enthält, um Signale, die von gestreuter Strahlung herrühren, welche erfaßt wird, wenn mindestens ein Niederschlagsteilchen aufgelöst wird, von gestreuter Strahlung zu subtrahieren, die während des übrigbleibenden Teils der Meßperiode, wenn kein solches Teilchen aufgelöst wird, erfaßt wird.

29. Anordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Extinktionsbestimmungseinrichtung (24d in Fig. 7) eine Einrichtung (332) zur Mittelung der Streustrahlungssignale und zur Mittelung der Ausgangsgröße der Subtraktionseinrichtung enthält.

30. Anordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Extinktionsbestimmungseinrichtung (24d) eine Einrichtung (380) enthält, die den Gesamt-Extinktionskoeffizienten aus dem Mittelwert der Streustrahlungssignale gewinnt und die den auf schwebende Teilchen zurückzuführenden Extinktionskoeffizienten aus dem Mittelwert der Ausgangsgröße der Subtraktionseinrichtung (330) gewinnt (Fig. 7).

31. Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Feuchtigkeitsfühler (28c in Fig. 6) zum Fühlen der relativen Feuchtigkeit und eine Schwebeteilchen- Identifizierungseinrichtung (26d in Fig. 7) vorgesehen ist, die den Typ schwebender Teilchen innerhalb des Probevolumens identifiziert, indem sie den auf schwebende Teilchen zurückzuführenden Extinktionskoeffizienten vorbestimmten Werten für Typen von Schwebeteilchen unter Berücksichtigung der relativen Feuchtigkeit zuordnet.

32. Anordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Extintionsbestimmungseinrichtung (24c in Fig. 6) eine Einrichtung (62c) enthält, die auf die Erfassungseinrichtung (14c) anspricht, um die Streustrahlungssignale in Form analoger Gleichstromsignale zu liefern.

33. Verfahren zur Identifizierung des Typs von Niederschlägen, dadurch gekennzeichnet,
daß ein elektromagnetisches Strahlenbündel in die Atmosphäre gerichtet wird;
daß die in einem Probevolumen des Strahlenbündels gestreute Strahlung erfaßt wird;
daß mindestens ein Niederschlagsteilchen gegenüber schwebenden Teilchen aufgelöst wird;
daß für ein aufgelöstes Teilchen ein Spitzensignalwert und ein Durchlaufdauer-Wert erzeugt wird, der die Dauer angibt, während welcher sich das aufgelöste Teilchen im Probevolumen befindet;
daß aus dem Spitzensignalwert die Teilchengröße bestimmt wird;
daß aus dem Durchlaufdauer-Wert die Teilchengeschwindigkeit bestimmt wird; und
daß die Größe und Geschwindigkeit des Teilchens vorbestimmten Größen- und Geschwindigkeitswerten für Niederschlagsteilchen zugeordnet wird.

34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß das Volumen des Niederschlagsteilchens ermittelt wird; und
daß zur Bestimmung der Intensität des Niederschlages die Volumen von mehr als einem Niederschlagsteilchen über eine bekannte Zeitspanne summiert werden.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Lieferung von Signalen, die durch schwebende Teilchen bedingt sind, diejenigen Signale, die von gestreuter Strahlung herrühren, welche bei der Auflösung mindestens eines Niederschlagsteilchens erfaßt wird, von gestreuter Strahlung subtrahiert werden, die während der übrigen Zeit einer Meßperiode erfaßt wird;
daß die Signale der gestreuten Strahlung gemittelt werden;
daß die durch schwebende Teilchen bedingten Signale gemittelt werden;
daß der Gesamt-Extinktionskoeffizient aus dem Mittelwert der Signale gestreuter Strahlung gewonnen wird; und
daß der auf schwebende Teilchen zurückzuführende Extinktionskoeffizient aus dem Mittelwert der durch Schwebeteilchen bedingten Signale gewonnen wird.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Feuchte gemessen wird und daß der Typ schwebender Teilchen innerhalb des Probevolumens identifiziert wird, indem der auf schwebende Teilchen zurückzuführende Extinktions-Koeffizient mit vorbestimmten Koeffizienten für Typen von Schwebeteilchen unter Berücksichtigung der relativen Feuchtigkeit verglichen wird.