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Lexikon der Kartographie und Geomatik: Refraktion

Refraktion, Brechung, E refraction, Änderung der Ausbreitungsrichtung von ebenen elektromagnetischen Wellen bzw. von Lichtstrahlen beim Übergang von einem Medium in ein anderes, in dem die Welle eine andere Ausbreitungsgeschwindigkeit besitzt. Damit verbunden ist eine atmosphärische und ionosphärische Verzögerung der Signallaufzeit und Beugung der im Vakuum geradlinigen Wellenausbreitung. Im Zusammenhang mit geodätischen Messungen zu Satelliten und in der Radiointerferometrie kann die Refraktion in atmosphärische Refraktion und ionosphärische Refraktion unterteilt werden. Unmittelbare praktische Auswirkungen sind vor allem auf die terrestrischen Refraktion zurückzuführen.
a) atmosphärische Refraktion: Zusammenfassung aller Refraktionseffekte in der neutralen Atmosphäre, im Gegensatz zur ionospärischen Refraktion der elektrisch geladenen Atmosphäre. Die atmosphärische Refraktion wird i. a. durch den Brechungsindex (bzw. Refraktionskoeffizient) und seine horizontalen und vertikalen Änderungen charakterisiert. Elektrooptische und elektromagnetische Messverfahren reagieren sehr unterschiedlich auf die beiden Refraktionsanteile. Elektrooptische Signalwellen reagieren dispersiv, d. h. in Abhängigkeit von der Wellenlänge, während sich elektromagnetische Signalwellen in dem für Messzwecke benutzten Frequenzfenster nicht dispersiv verhalten. Elektrooptische Wellen reagieren fast gar nicht auf Wasserdampf, elektromagnetische aber vergleichsweise stark.
b) ionosphärische Refraktion: Refraktionseffekte durch elektrische Ladungen in der Atmosphäre, die sich insbesondere auf sich innerhalb oder durch die Ionosphäre bewegende elektromagnetische Signale auswirkt. Bei elektromagnetischen Wellen tritt in der Ionosphäre Dispersion auf. Das für die Refraktion maßgebliche Profil der Brechungsindizes ist abhängig von der Beobachtungsfrequenz, dem Erdmagnetfeld und der Plasmafrequenz, die wiederum von der Elektronendichte abhängt.
c) terrestrische Refraktion: Krümmung der Ausbreitungsrichtung des Lichtes von einem Sichtziel (Abb.), weil Luftdichte (infolge Temperaturabnahme) und damit der Brechungsindex der Luft vom Boden nach oben hin abnehmen. Die terrestrische Refraktion bewirkt, dass bei normaler Luftschichtung der geodätische Horizont angehoben wird und somit ein Sichtstrahl von der geradlinigen Verbindung zweier Punkte mehr oder weniger abweicht. Diese Abweichung (Anhebung) beträgt beispielsweise bei einer Augenhöhe von 10 m 1 °, wodurch die Sichtweite um 1 km vergrößert wird. Bei ungewöhnlicher Änderung der Luftdichte kommt es infolge von Temperaturinversion zu anomal starker Hebung des Horizontes und infolge besonders starker Temperaturabnahme mit der Höhe kommt es auch zur Senkung des Horizontes (sog. Luftspiegelung). Die Verzögerung der Signallaufzeit und Beugung der Ausbreitung führt bei Laufzeitmessungen, z. B. bei elektrooptischen und elektromagnetischen Distanzmessungen zu Streckenmessfehlern, beim Nivellement und trigonometrischer Höhenübertragung zu Höhenfehlern. Richtungsmessungen mit Theodoliten leiden unter Seitenrefraktion.

ANL


Refraktion:Refraktion: Terrestrische Refraktion und damit verbundene Erhöhung des Horizonts.

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