Geschwindigkeit aus Phase
Durch Vergleich der Phase aufeinanderfolgender Pulse misst das Radar Radialgeschwindigkeit auf 1 m/s. Rot zeigt Bewegung weg, grün zeigt Bewegung zum Radar. Ein rot-neben-grün Paar in einem Sturm bedeutet Rotation — eng genug, um eine Tornadowarnung auszulösen.
Duale Polarisation
NEXRAD wurde 2013 auf Dual-Pol aufgerüstet. Es sendet horizontal und vertikal polarisierte Pulse und vergleicht die Rückläufe. Kugeltropfen geben beide gleich zurück, flache Tropfen mehr horizontal, taumelnder Hagel chaotisch, Tornado-Trümmer hochgradig anisotrop. Polarisationssignaturen trennen diese Klassen automatisch.
Tornado-Trümmer-Signatur
Wenn ein Tornado Häuser, Bäume und Autos hochwirbelt, fällt die Polarisationskorrelation dramatisch — ein TDS. Meteorologen bestätigen damit, dass ein Tornado tatsächlich am Boden ist. Es machte Tornadowarnungen evidenzbasiert statt hoffnungsvoll.
Grenzen der Geschwindigkeit
Doppler misst nur Radialgeschwindigkeit. Ein Tornado, der senkrecht zum Strahl zieht, zeigt null. Deshalb braucht es ein Netzwerk: ein Sturm aus zwei Winkeln kann 3D rekonstruiert werden. MRMS fusioniert NEXRAD-Daten national alle zwei Minuten.
Das PRF-Dilemma
Die Puls-Repetitions-Frequenz (PRF) bestimmt die Balance zwischen Reichweite und maximaler Geschwindigkeit. Hohe Frequenzen messen schnelle Winde genau, führen aber bei großen Entfernungen zu Mehrdeutigkeiten (Aliasing). Moderne NEXRAD-Systeme lösen dieses Problem durch adaptive Signalcodierung, die Geschwindigkeiten bis zu 460 km Entfernung korrekt zuordnet.
Vom Analogsystem zu TVS
In den 1970ern revolutionierte das NSSL die Vorhersage. Erstmals wurde beim Union-City-Tornadon nachgewiesen, dass Rotationen in der Wolke (TVS) sichtbar sind, bevor der Trichter den Boden berührt. Dies erhöhte die Vorwarnzeit von wenigen Minuten auf über zwanzig Minuten und rettete unzählige Leben.
Die Nyquist-Grenze
Die Doppler-Messung unterliegt dem Nyquist-Limit: Hohe Geschwindigkeiten erfordern kurze Impulsabstände, während große Reichweiten lange Abstände benötigen. Moderne S-Band-Radare lösen diesen Konflikt durch gestaffelte Pulsfrequenzen (Staggered PRT), was die Messung extremer Windgeschwindigkeiten auch in großer Entfernung ohne Richtungsverwechslung ermöglicht.
Bragg-Streuung im Klaren
Auch ohne Regen misst das Radar Windbewegungen mittels Bragg-Streuung an Brechungsindex-Gradienten oder biologischen Zielen wie Insekten. Diese 'Klarluft-Echos' sind entscheidend für die Erkennung von Downbursts an Flughäfen, wo Terminal-Doppler-Radare (TDWR) lebenswichtige Warnungen vor gefährlichen Windscherungen für startende und landende Flugzeuge liefern.