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Syn. Oberflächenrauheit, Engl. surface roughness, franz. rugosité; nach DIN 18716 bezeichnet der Begriff die "Unebenheit der Oberflächenhöhe, die das maßgebliche Mikrorelief einer Oberfläche kennzeichnet".
in der Radar-Fernerkundung ein wichtiger Parameter für das Ausmaß der Rückstreuung des Radarsignals. Horizontale glatte Flächen reflektieren fast die ganze einfallende Strahlung weg vom Sensor. Im Sinne des Radars gilt eine Fläche als glatt, wenn die vertikalen Variationen weniger als ein Zehntel der Wellenlänge ausmachen. Daher erscheinen Flächen wie ruhendes Wasser oder Straßenbeläge in Radarbildern dunkel. Wenn eine Fläche leicht rau ist (z.B. Ackerboden) wird einfallende Strahlung in viele Richtungen gestreut, nur ein kleiner Anteil geht als diffuse Reflexion zurück zum Sensor. Grobes Material, z.B. Gesteinsbrocken in der Größe der Wellenlänge, können in Radarbildern sehr hell erscheinen.
Engl. surface scattering, franz. dispersion de surface; nach DIN 18716 die "Änderung der gradlinigen Strahlungsausbreitung an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien".
Engl. object, feature; ein raumbezogenes Element, auch Geo-Element genannt, dem eine Geometrie und
Thematik (geometrische und inhaltliche Attribute) zugeordnet werden kann.
Mögliche Objekte terrestrischer Fernerkundung sind alle Erscheinungen auf der Erdoberfläche, einschließlich der Ozeane, sowie Phänomene in der Atmosphäre. Jedes Objekt gehört zu einer Objektklasse,
deren Eigenschaften das Objekt kennzeichnen. Das Objekt ist Träger von
Attributinformationen. Die Informationen beinhalten zum einen die Materialbestimmung, d.h. die Zusammensetzung von Erdoberfläche und Atmosphäre und zum anderen die Zustandsbestimmung, z.B. Temperatur, Druck, Wasserdampfgehalt und andere klimatische Größen.
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Objektdefinition Quelle: Geoinformatik-Service, Universität Rostock |
Engl. object-based classification; Klassifizierungsverfahren, das versucht, benachbarte Pixel zu signifikant erscheinenden Objekten zusammenzufassen. Dazu werden die Daten eines Bildes nach geeigneten Kriterien in homogene Segmente aufgeteilt, die sich nicht überlappen. Die durch die Segmentierung entstandenen Regionen werden anschließend als Einheit einer bestimmten Objektklasse zugeordnet.
Weitere Informationen: Feature Classification (World View Global Alliance)
Engl. object identification, franz. identification des objets; nach DIN 18716 die "Erkennung interessierender Strukturen in den Bilddaten", verbunden mit der Anmerkung: "Nicht interessierende Strukturen in den Bilddaten gehören zum Hintergrund".
Von der Datenaufnahme unabhängige Information über Art oder Zustand der Erdoberfläche, der Meeresoberfläche oder der Atmosphäre, unabhängig davon, wann und wie sie gewonnen wird.
Engl. object class, object category, franz. catégorie d'objet; Gruppe von Objekten mit gleichen Merkmalen.
Sie ist vom Interpreten eines Bildes im Hinblick auf die Zielsetzung der Analyse
definiert (z.B. Nadelwald, Laubwald, Ackerfläche, Bebauung, Gesteinstyp,
Bodenart, etc.).
Nach
DIN 18716 bedeutet der Begriff die "Gesamtheit von Objekten, die sich von anderen durch bestimmte messbare Merkmale unterscheiden", wobei folgende Anmerkung gemacht wird: "Nicht alle Objektklassen, die z. B. in der Raumplanung oder in der Landschaftsökologie definiert sind, lassen sich durch Objektsignaturen der Fernerkundung identifizieren."
Im Idealfall ist jede Objektklasse durch eine ihr typische multispektrale
Signatur im digitalen Bild gekennzeichnet.
Diese Multispektralsignatur wird durch die statistische Grauwert-Verteilung
der Pixel einer jeden Klasse hervorgerufen,
so dass man versuchen kann, mit Hilfe mathematischer Algorithmen die Pixel eines
multispektralen Bildes im Hinblick auf ihre Homogenität sowie räumliche
Verteilung (und damit die Verteilung von Objektklassen) zu untersuchen.
Engl. object space; bei einem optischen System (z. B. einem Objektiv) man die Menge aller Objektpunkte, die das System abbilden kann, und unter dem Bildraum die Menge der Punkte, auf die es einen Objektpunkt abbilden kann.
Der Bezeichnung Objektraum sagt aus, dass man die darin enthaltenen Punkte als Objektpunkte betrachtet. Ein Objektpunkt ist der Schnittpunkt von Lichtstrahlen, die sich vor dem optischen System befinden (Objektraumstrahlen) und von vorn auf dessen erste Fläche (Linsenoberfläche oder Spiegelfläche) auftreffen.
Engl. object signature, franz. signature d'objet;
nach DIN 18716 "Charakteristika, durch die ein Material oder ein Objekt in einem Bild identifiziert werden kann". Dabei wird folgende Anmerkung zum Begriff gemacht:
"
Dazu gehören insbesondere:
Indischer, auch unter der Bezeichnung IRS-P4 (Indian Remote Sensing Satellite) geführter Satellit mit den Sensoren OCM (Ocean Colour Monitor) und MSMR (Multifrequency Scanning Microwave Radiometer). Beide sind zur Beobachtung biologischer und physikalischer Parameter der Ozeane (u.a. Chlorophyllkonzentration, Phytoplanktonblüte, Trübstoffe) und der Atmosphäre (u.a. Aerosole) ausgelegt. Die Erfassung systematischer Daten unterstützt insbesondere Küstenforschungsprogramme.
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Chlorophyll vor der Küste Louisianas The Ocean Color Monitor (OCM) is carried aboard the Oceansat-1 polar orbiting satellite. This satellite operates in a near-polar sun synchronous orbit. OCM is a solid state camera operating in eight narrow spectral bands. The camera is used to collect data on chlorophyll concentration, detect and monitor phytoplankton blooms and obtain data on atmospheric aerosols and suspended sediments in the water. |
Oceansat-1 hat eine polnahe, sonnensynchrone Bahn (Inklination 98,28°) in 716 km Höhe, eine Umlaufzeit von 99,31 Minuten und er kann die Erde in zwei Tagen komplett abdecken. Die Mission wurde am 8. August 2010 nach 11 Jahren und 2 Monaten beendet.
Weitere Informationen: Indian Space Research Organisation - Startseite
Engl. Akronym für Orbiting Carbon Observatory;
die Satellitenmission im Rahmen von ESSP sollte
Daten über das atmosphärische CO2, dem beutendsten anthropogenen
Antriebsfaktor für den Klimawandel liefern. Im Zusammenwirken mit Bodenmessungen
erwartete man mit Hilfe von 3 Spektrometern Aufschlüsse über natürliche und anthropogene CO2-Quellen
und -Senken. Hoch aufgelöste globale Karten sollten die Kohlendioxid-Konzentrationen
darstellen.
Nach dem Start am 24.2.2009 von einem kalifornischen Luftwaffenstützpunkt trennte sich OCO nicht wie vorgesehen von der Trägerrakete vom Typ "Taurus XL". Es erreichte seine vorgesehene Umlaufbahn nicht.
| OCO-2
The design and architecture of the OCO-2 spacecraft bus will be based on the successful Solar Radiation and Climate Experiment (SORCE) and Galaxy Explorer (GALEX) missions. The spacecraft structure will be made of honeycomb panels that form a hexagonal shape. This structure will house the instrument and the spacecraft bus components. The total weight of the Observatory will be about 530kg (1170 lb). |
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Treibhausgas-Zyklus
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Die Nachfolge- bzw. Ersatzmission OCO-2 wird 2014 an Bord einer Taurus XL 3110 Rakete von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien starten. OCO-2 wird in Formation mit mehreren anderen Raumfahrzeugen fliegen und ist so Teil des A-Train.
OCO-2 wird die erste NASA-Mission sein, die der Erforschung des atmosphärischen Kohlendioxids gewidmet ist. Sie soll das erste komplette Bild der anthropogenen und natürlichen CO2-Quellen sowie -Senken liefern.
Weitere Informationen:
2001 gestartete und 2013 noch immer aktive schwedische Satellitenmission zur Atmosphärenforschung
(Aeronomie) mit Schwerpunkt auf Ozonchemie und zur Astrophysik. Odin wurde mit einer Start-I-Rakete von Swobodny in Sibirien aus auf seine sonnensynchrone
Umlaufbahn in 590 km Höhe (Inklination 97,8°) gebracht.
Die Umlaufzeit beträgt 97,6 min.
Die Antenne hat einen Durchmesser von 1,1 m. Beobachtungen sind in einem Frequenzband 486,1-503,9 GHz, drei überlappenden Bändern von 541,0-580,4 GHz sowie einem Band von 118,25-119,25 GHz möglich. Damit sind besonders Untersuchungen von Wasser und Sauerstoff im interstellaren Medium möglich.
Weitere Informationen: Swedish Space Corporation - Startseite
Ölteppiche (engl.: oil spills) sind auf Wasseroberflächen treibende Ölverschmutzungen durch Rohöl oder Schweröl, insbesondere auf Meeren. Sie beeinträchtigen sensible Ökosysteme. Der Grund für das Aufschwimmen des Öls liegt in seinem im Vergleich zum Wasser geringeren spezifischen Gewicht. Ursachen für Ölteppiche sind Havarien von Öltankern, illegale Tankreinigungen auf hoher See, Pipeline-Leckagen und natürliche Austritte von Öl aus der Erdkruste.
Nach einem Tankerunfall ist das größte Problem, einen Überblick über den Teppich hinsichtlich Größe und Driftrichtung zu erhalten. Bezüglich natürlicher sowie bewusst und fahrlässig herbeigeführter Ölteppiche bedarf es kontinuierlich arbeitender Monitoringprogramme. Entsprechende Luftüberwachung großer Gebiete, z.B. des Mittelmeers sind abhängig von Tageslicht und guten Witterungsbedingungen. Zusätzlich können Sonnenlichtreflexe tagsüber die Detektion behindern.
| Öl im Meer
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Erkennbarkeit von Öltepichen abhängig von Wasserrauigkeit
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Links: Die wichtigsten Transportwege und Abbauprozesse. Rechts: Das satellitengestützte SAR-Radar, das Aufnahmen unabhängig vom Wetter und den Lichtbedingungen machen kann, ist ein hervorragendes Werkzeug, um Öl auf Wasseroberflächen zu entdecken. Ölteppiche erscheinen als dunkle Flecken auf den Radar-Bildern, da das Öl eine glättende Wirkung auf die Meereswellen hat. Dadurch wird die Rückstreuung des Radar-Signals zum Instrument reduziert. Derartige Instrument befinden sich derzeit an Bord von ENVISAT, auf dem japanischen JERS-1-Satelliten sowie dem kanadischen RADARSAT-Satelliten, früher auch auf den jetzt inaktiven ERS-1 und ERS-2. |
Einen Ausweg aus diesem Dilemma bietet seit einigen Jahren der Einsatz satellitengetragener Radarinstrumente. Solche Synthetic Aperture Radar-Instrumente befinden sich z.Z. unter anderem auf Radarsat, ERS-1/2 und ENVISAT. Mit ihren aktiven Mikrowellensensoren beleuchten die Satelliten die beobachtete Szene und registrieren das zurückgestreute Radarecho. Sie sind in der Lage, auch kleinere Ölteppiche aus der Erdumlaufbahn zu erkennen. Möglich wird dies aufgrund der "glättenden“ Wirkung, die Öl auf die Wogen der Meere ausübt. Deshalb zeichnen sich Ölfilme auf den Radarbildern als dunkle Zonen in einer ansonsten heller erscheinenden Umgebung ab. Allerdings werden Wellen auch durch andere Einflüsse gedämpft, wie zum Beispiel dünne Algenfilme, die ein ähnliches Radarbild entstehen lassen
Jedoch können Radarinstrumente einen Ölteppich nicht in jedem Fall klar erkennen: So erscheint auch eine normale Wasseroberfläche dunkel, so lange die Windgeschwindigkeit unterhalb drei m/s – das entspricht etwa Windstärke 2 – nicht übersteigt; in diesem Fall ist die durch die nur leichte Brise verursachte Aufrauhung der Wasseroberfläche zu gering, um die Rückstreuung des Radarstrahls erkennbar zu beeinflussen. Umgekehrt reicht die glättende Wirkung zumindest dünner Ölschichten bei Windgeschwindigkeiten jenseits von zehn m/s, entsprechend Windstärke 6, nicht mehr aus, um noch einen erkennbaren Unterschied in der Oberflächenrauhigkeit und damit dem Rückstreuvermögen der Meeresoberfläche zu bewirken.
Weitere Informationen:
Bezeichnung (Ofek = Horizont) für eine Serie von israelischen Test- und Aufklärungssatelliten (ab Ofek 3).
Ofeq 7 wurde am 10. Juni 2007 mit einer Shavit-2-Rakete von der Luftwaffenbasis Palmachim südlich von Tel Aviv aus gestartet. Er ist 2,30 Meter groß, wiegt 300 kg und soll aus 600 km Höhe von einer elliptischen Umlaufbahn hochauflösende Bilder (0,7 m) der Erde machen. Dabei überfliegt er etwa alle 90 Minuten die Länder Iran, Irak und Syrien.
Ofek 9 (Ofek 8 wurde übersprungen) gelangte am 22. Juni 2010 ins All. Der Spionagesatellit besitzt gegenüber Ofek 7 eine verbesserte Kamera (Auflösung unter 50 cm).
Die OHB AG mit Hauptsitz in Bremen ist der erste börsennotierte Raumfahrt- und Technologiekonzern Deutschlands.
Im abgeschlossenen Geschäftsjahr 2010 betrug die Gesamtleistung der OHB AG rund 425 Mio. Euro. Der Konzern beschäftigt derzeit über 2.200 Mitarbeiter in folgenden Bereichen:
Tochtergesellschaften der OHB AG sind z.B. die OHB-System AG (auf Raumfahrtsysteme und Sicherheit spezialisiert), die MT Aerospace AG (auf Raumtransport und Aerospace Strukturen spezialisiert), die Kayser-Threde GmbH (auf Nutzlasten und Wissenschaft spezialisiert), die CGS S.P.A. (auf Micro- und Minisatellitensysteme spezialisiert), die LUXSPACE Sárl (auf Microsatelliten spezialisiert), und die Antwerp Space N.V. (auf Technologien für Bodensegmente spezialisiert).
Die OHB AG zählt als eine der bedeutendsten unabhängigen Kräfte in der europäischen Luft- und Raumfahrtbranche.
Weitere Informationen: OHB AG -Startseite
Die zeitweilige Bedeckung eines Gestirns durch ein anderes, z.B. ist eine Sonnenfinsternis
eine Okkultation.
s. Messgeometrie.
Engl. Akronym für Ocean and Land Colour Instrument; abbildendes Spektrometer an Bord von Sentinel-3 mit der Aufgabe, Land- und Ozeanfarben als Fortsetzung des ENVISAT-Instruments MERIS zu messen. Mit 21 Spektralkanälen zwischen 400 und 1020 nm Wellenlänge, verglichen mit 15 auf MERIS, mit einer Bauweise, die Sonnenreflexe deutlich minimiert und mit einer Bodenauflösung von 300 m, sowie einem sehr breitem Aufnahmestreifen (1270 km) stellt OLCI eine neue Generation von Sensor zur Erd- und Meeresbeobachtung dar. Die Bodenspuren von OLCI und dem Nadir-Modus von SLST, überlappen sich komplett und bieten dadurch erweiterte Produkte.
Weitere Informationen: OLCI-Profil (CEOS EO Handbook)
Engl. Akronym für Operational Land Imager; ein bildgebendes multispektrales Radiometer als wichtigste Nutzlast auf dem Erdbeobachtungssatelliten Landsat-8 (LCDM). OLI ist ein Sensor mit einem aus vier Spiegeln bestehenden Teleskop. Er tastet das Gelände nach dem Push-broom-Prinzip zeilenweise ab und sieht so gleichzeitig die gesamte Breite der Bodenspur (185 km). Mit über 7.000 Detektoren pro Spektralband wird sich die Empfindlichkeit des neuen Instrumentes und damit auch die Informationsmenge über die Erdoberfläche erhöhen. Das Push-broom-Prinzip führt auch über die bauartbedingt geringere Anzahl beweglicher Teile zu einer geringeren Pannenanfälligkeit.
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OLI Instrument - Übersicht The Operational Land Imager (OLI) was built by the Ball Aerospace and Technologies Corporation. The Ball contract was awarded in July 2007. OLI improves on past Landsat sensors using a technical approach demonstrated by a sensor flown on NASA's experimental EO-1 satellite. OLI is a push-broom sensor with a four-mirror telescope and 12-bit quantization. OLI will collect data for visible, near infrared, and short wave infrared spectral bands as well as a panchromatic band. It has a five-year design life. |
OLI nimmt Daten in neun Spektralbändern auf. Sieben von ihnen sind identisch mit denen der Sensoren TM und ETM+ der früheren Landsat-Missionen und gewährleisten dadurch die Kompatibilität mit den historischen Landsat-Daten. Die zwei neuen Spektralbänder, das deep blue coastal / aerosol band und das shortwave-infrared cirrus band erlauben es Wissenschaftlern, zum Einen die Wasserqualität von Seen und flachen Küstengewässern sowie atmosphärisches Aerosol zu messen, zum Anderen hohe dünne Wolken (Cirren) aufzuspüren.
Das zweite Instrument an Bord von Landsat-8 ist der Thermal Infrared Sensor (TIRS), der es ermöglicht, die Erzeugung von Thermalaufnahmen fortzuführen und neue Aufgaben zu verfolgen, wie die Messung von Evapotranspirationsraten für das Wassermanagement.
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Die Spektralbänder von OLI / TIRS (Landsat-8) im Vergleich zu ETM+ (Landsat-7) The OLI will collect data for two new bands, a coastal band and a cirrus band, as well as the heritage Landsat multispectral bands. Additionally, the bandwidth has been refined for six of the heritage bands. The Thermal Instrument (TIRS) will carry two additional thermal infrared bands. Note: atmospheric transmission values for this graphic were calculated using MODTRAN for a summertime mid-latitude hazy atmosphere (circa 5 km visibility). |
Weitere Informationen:
Engl. Akronym für outgoing longwave radiation, dt. ausgehende langwellige Strahlung, auch langwellige Ausstrahlung; in der Meteorologie/Klimatologie die aufwärtige Komponente der Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung), die von der Erdoberfläche bzw. der Atmosphäre an den Weltraum abgegeben wird. Ein Teil der von der Erdoberfläche an die Atmosphäre abgegebene Strahlung wird vom dort befindlichen Wasserdampf absorbiert und gelangt so als "Gegenstrahlung" wieder an die Erdoberfläche zurück. Im Durchschnitt verliert die Erde durch die (langwellige) Ausstrahlung genau soviel Wärme, wie sie durch die (kurzwellige) Einstrahlung von der Sonne her gewinnt (Energieerhaltungssatz). Bei klarer trockener Luft ist die Ausstrahlung am grössten (möglicher Nachtfrost), bei dichter Bewölkung am geringsten. Damit ist die OLR ein Indikator sowohl für die Temperatur der Erdoberfläche, als auch für die Klarheit der Atmosphäre darüber.
OLR-Daten weisen eine gute Korrelation zum Niederschlag auf. Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas der Atmosphäre und beeinflusst namhaft die OLR. So sind niedrige OLR-Werte typisch bei Bewölkung.
Im Oktober 1996 startete der japanische Satellit ADEOS und zeichnete neun Monate lang die von der Erde ausgehende langwellige Strahlung auf. 27 Jahre zuvor, vom April 1969 bis Januar 1972, umkreiste der amerikanische Satellit Nimbus 3 mit seinen Instrumenten IRIS, SIRS und weiteren die Erde mit dem gleichen Auftrag. Die Wissenschaftler konnten mit diesen Satellitendaten die Wärmeabstrahlung - sowohl global als auch regional über dem Pazifik - aus den Jahren 1970 und 1997 miteinander vergleichen. Dabei rechneten sie den Einfluss von unterschiedlicher Bewölkung heraus und berücksichtigten, um jahreszeitliche Störungen zu vermeiden, nur die Monate April bis Juni.
Die OLR wurde auch innerhalb des Earth Radiation Budget Experiment (ERBE) bestimmt.
Aktuelle Beobachtungen der OLR erfolgen über das Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) mit seinen auf mehreren NASA-Satelliten (Terra, Aqua) installierten Instrumenten und mit diversen NOAA-Satelliten. Generell werden die OLR-Daten mit polarumlaufenden Satelliten ermittelt.
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Outgoing Longwave Radiation
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Weitere Informationen: Direkter Nachweis des Treibhauseffekts (Andreas Jahn, spektrumdirekt)
Engl. Akronym für Ozone Monitoring Instrument;
hyperspektrales abbildendes Instrument zur Messung des Gesamtozons und anderer
atmosphärischer Parameter mit Ozon- und Klimabezug als Beitrag der niederländischen
Raumfahrtagentur (NIVR)
und des finnischen meteorologischen Instituts (FMI) für AURA.
OMI setzt die Messungen von TOMS fort.
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A Satellite’s View of Ship Pollution
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Weitere Informationen:
Engl. Akronym für Ozone Mapping and Profiler Suite; Kombination aus Spektrometern in Nadir- und in Limb-Richtung für die projektierte NPOESS-Mission zur Ermittlung der höhenabhängigen Ozonkonzentration in der Erdatmosphäre. Von den Ergebnissen erhofft man sich Aufschluss über den Einfluss von synthetischen Chemikalien auf das irdische Klima. OMPS ist einer von ca. einem Dutzend Sensoren an Bord von NPOESS.
Weitere Informationen:
Engl. Akronym für Ocean Observations Panel for Climate (OOPC); internationale Arbeitsgruppe, die sich mit der Weiterentwicklung des Ozeanbeobachtungssystems (GOOS) und der Verfügbarmachung vorhandener Datenbestände befasst. Es wird gemeinsam getragen von World Climate Research Programme (WCRP), Global Ocean Observing System (GOOS) und Global Climate Observing System (GCOS).
Weitere Informationen: OOPC - Startseite (UNESCO)
Engl. opacity; Durchlassgrad eines Stoffes für Licht- oder elektromagnetische Wellen. Der mathematische Kehrwert der Opazität wird als Transluzenz bezeichnet. Hohe Transluzenz bedeutet wenig Absorption (Opazität), d.h. viel Durchlässigkeit.
Maß für die Abschwächung der elektromagnetischen Strahlung beim Passieren von Gasschichten bzw. der Atmosphäre. Sie ist das Produkt aus dem spektralen Extinktionskoeffizienten und der Weglänge der durchstrahlten Gasschichten. Im Falle der Atmosphäre ist dieser Koeffizient verschiedener Schichten jedoch nicht konstant, so daß die spektrale optische Dicke der Atmosphäre das Wegintegral des spektralen Extinktionskoeffizienten ist. Die optische Dicke der Atmosphäre ist besonders bei der Atmosphärenkorrektur der Fernerkundungsdaten zu berücksichtigen.
Die (terrestrische) optische Fernerkundung
erfasst die von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenstrahlung und die
emittierte Thermalstrahlung in
den sichtbaren und infraroten
Wellenlängenbereichen.
Da die Strahlung in der optischen Fernerkundung von natürlichen Energiequellen
ausgeht, bezeichnet man die eingesetzten Sensoren
als passive Sensoren. Optische Sensoren können nach folgenden Kriterien unterschieden werden:
Passiver Sensor zur Aufzeichnung elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren und im infraroten Bereich des Spektrums.
Weitere Informationen: High Resolution Optical Imagers (The Earth Observation Handbook Rio+20)
Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der vom nahen Ultraviolett über den sichtbaren Bereich ins Infrarot (bis ca. 2.000 nm) reicht.
Engl. optoelectronic scanner, syn. Zeilen-Scanner, Pushbroom-Scanner; digitale Zeilenkamera, bei der man die Bildaufnahme mit
Hilfe zeilenweise angeordneter Halbleiter-Bildsensoren erzielt. Die Kamera besitzt eine oder mehrere Sensorzeilen, die aus zahlreichen Einzeldetektoren bestehen und gleichzeitig einen Geländestreifen quer zur Flugrichtung abtasten. Diese sind in der Brennebene der Empfangsoptik quer zur Flugrichtung angeordnet. Die Sensoren sind hochintegrierte
Schaltungen auf Siliziumchips. Sie enthalten für jeden Bildpunkt einen Photosensor
sowie das zum Auslesen der Messwerte erforderliche Leitungsnetzwerk. Am wichtigsten
sind die Charge Coupled Devices (CCD), die aus Ketten
von Kondensatoren bestehen, in welchen durch Belichtung Ladungen erzeugt werden.
Diese Ladungen werden zum Ausgang des Chips verschoben und ergeben dadurch eine
Bildzeile in Form eines Videosignals. Die elektrischen Signale aller Detektoren werden in kurzen Zeitabständen ausgelesen und nachrichtentechnisch übermittelt oder gespeichert. Moderne CCD-Kameras verfügen darüber hinaus über eine flächenhafte CCD-Anordnung.
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Optoelektronische Scanner
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Zur Bildaufnahme von Flugzeugen und Satelliten aus werden
Zeilen von CCD-Sensoren in der Bildebene eines Objektives angeordnet. Damit
ist es möglich, alle Pixel einer quer zur Flugrichtung orientierten Bildzeile
gleichzeitig zu erfassen. Durch die Eigenbewegung des Sensorträgers (Plattform) wird bei
entsprechender Aufnahmefrequenz ein Geländestreifen zeilenweise abgebildet, so dass allmählich ein komplettes digitales Bild entsteht.
Ein besonderer Vorteil dieser Technik ist es, dass der Aufnahmevorgang keine
mechanischen Bewegungen erfordert. Außerdem führt die Tatsache, dass eine ganze
Zeile simultan aufgenommen wird, zu - im Vergleich mit optisch-mechanischen
Scannern - günstigeren geometrischen Eigenschaften der Bilddaten. Zudem erlaubt
die Anordnung mehrerer CCD-Zeilen in der Bildebene eines Objektives sowohl die
Gewinnung von Stereobilddaten, wie auch von multispektralen Daten.
Die Technologie wird z.B. von SPOT (HRV) oder IRS
verwendet.
Vorteile gegenüber der mechanischen Aufnahmevariante sind vor allem Unabhängigkeit
von mechanischen Bewegungen, bessere geometrische Eigenschaften der Bilddaten
zufolge direkter Zentralprojektion, variierbare geometrische Auflösung durch
entsprechende Objektive und ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnis bei der Signalaufzeichnung
durch die Detektorzeilen.
Die spektrale Empfindlichkeit der zur Zeit verfügbaren CCD-Sensoren liegt jedoch nur im Bereich zwischen 0,4 und 1,0 µm. Einer Aufzeichnung der Thermalstrahlung mit einer Wellenlänge von ca. 10 µm verhindert zudem das nötige Objektiv der Kamera. Die digitale Zeilenkamera kann also gegenwärtig nur für die Strahlungsmessung im sichtbaren und im nahen infraroten Bereich eingesetzt werden.
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Optoelektronischer Scanner - Funktionsprinzip
Spiegel des optischen Systems schräggestellt, teils starr, teils neigbar
Zu größerer Auflösung auf Grafik klicken. |
Engl. opto-mechanical scanner; syn. optisch-mechanischer S., Rotationsscanner; Scanner,
der mittels eines rotierenden oder oszillierenden Spiegels oder Prismas das
Gelände in Abhängigkeit von Rotations- oder Oszillationsfrequenz, von Geschwindigkeit
der Plattform und von der Flughöhe streifenweise
abtastet. Die Abtastzeilen (Scan-Zeilen) liegen mit einer gewissen Zeilenschiefe
genähert senkrecht zur Flugrichtung ( Across-Track
Scanning).
| Optomechanische Scanner |
Rotationsabtaster tasten die Erdoberfläche während des Fluges zeilenweise quer zur Flugrichtung mit Hilfe eines rotierenden Prismas, dessen spiegelnde Ebene mit der Flugrichtung einen Winkel von 45° einschließt, ab.
Zu größerer Auflösung auf Grafik klicken. |
Kontinuierlich wird die Strahlung aus einem kleinen Raumwinkel, dem Momentanen Gesichtsfeld (IFOV), aufgezeichnet. Die durch das optische System erfasste Strahlung
wird durch dichroitische Strahlenteilung in den optisches Glas durchdringenden
Spektralanteil des sichtbaren Lichts sowie des nahen
und mittleren Infrarots und den
an optischem Glas gespiegelten thermalen
Infrarots gespalten. Mittels Dispersionsprisma oder Interferenzgitter werden
die sichtbaren und nah- bis mittelinfraroten Strahlungsanteile in verschiedene
Wellenlängenbereiche zerlegt, entsprechenden Detektoren zugeführt,
dort in elektrische Signale und über einen Verstärker abschließend
durch Analog/Digitalwandlung in ein digitales Signal transformiert. Speicherung
erfolgt auf Magnetbändern hoher Schreibdichte, die dann in computerkompatible
Magnetbänder umgewandelt werden (CCT – Computer Compatible Tapes)
oder direkt auf CCT. Nachteile der Datenaufzeichnung mit optomechanischen Scannern
sind Abnutzung der mechanischen Bauteile, gestörte Zeilengeometrie zufolge
Panoramaverzerrung und Zeilenschiefe sowie schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis und damit schlechtes radiometrisches
Auflösungsvermögen.
Für die Aufzeichnung sehr vieler Spektralbänder liefern Whiskbroom-Scanner die besten Ergebnisse. Bei der geometrischen Genauigkeit liegen die Pushbroom-Scanner vorne.
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Optomechanische Scanner - Funktionsprinzip
Spiegel des optischen Systems rotiert um seine Achse parallel zur
Zu größerer Auflösung auf Grafik klicken. |
Optomechanische Satellitenscanner-Systeme sind z. B.:
Optomechanische Flugzeugscanner-Systeme sind z.B.:
s. Umlaufbahn
Eine imaginäre, riesige Fläche, die von der Umlaufbahn eines Erdsatelliten beschrieben wird. Sie reicht durch den Erdmittelpunkt.
Ursprünglich Serie von Erdbeobachtungssatelliten der US-amerikanischen Firmen Orbital Image Corporation und der Orbital Sciences Corporation, heute betrieben von GeoEye.
OrbView-1
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OrbView-2 ![]() |
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| Quelle: http://www.orbimage.com | |||
OrbView-4 erreichte seine Umlaufbahn nicht, OrbView-5 wird unter der Bezeichnung GeoEye-1 als z.Z. (2012) höchstauflösender privater Satellit betrieben.
Weitere Informationen: GeoEye - Produkte
Engl. Akronym für Optical and Radar Federation for Earth Observation; Bezeichnung für ein Satellitenprogramm, das Italien und Frankreich gemeinsam seit 2006 durchführen. Italien steuert vier Satelliten aus dem Programm COSMO-Skymed bei, die mit dem bildgebenden Radar COSMO-SAR ausgestattet sind. Die Starts erfolgten von Juni 2007 bis November 2010.
Der Beitrag Frankreichs besteht aus zwei kleinen Satelliten des Typs Pléiades. Sie tragen Kameras, die eine Bodenauflösung von weniger als 0,7 m erreichen. Der Start des ersten Satelliten erfolgte am 17. Dezember 2011 mit einer Sojus-Rakete vom europäischen Weltraumzentrum in Französisch-Guayana. Der Start des zweiten Pleiades-Satelliten wird nicht vor März 2013 erfolgen, um genügend Zeit zur Überprüfung des ersten Satelliten zu geben. Die Pléiades-Satelliten werden von Astrium (Satellitenbus) und Thales Alenia Space (Nutzlast) in Frankreich gebaut. Sie wiegen 1750 kg und werden die Erde auf einer sonnensynchronen Bahn in 619 km Höhe umlaufen. Sie sind für eine Lebensdauer von fünf Jahren konzipiert.
Engl. ortho image, franz. ortho-image; ein durch die absolute Entzerrung (Geocodierung) verändertes Fernerkundungsbild.
DIN 18716 definiert es als ein "durch geometrische Bildtransformation korrigiertes Bild, das geometrisch einer orthogonalen Projektion des Geländes auf eine kartographische Bezugsfläche entspricht".
'Orthobild' ist ein allgemeiner Begriff für geocodierte Bildprodukte beliebiger Sensoren (im Unterschied zum Orthophoto, welches nur aus Photographien hergestellt wird). Orthobilder werden heutzutage üblicherweise digital hergestellt und dienen als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Bildplänen und Bildkarten oder als Datenquelle zur Herstellung oder Aktualisierung von Strichkarten. Typische Eigenschaft eines Orthobildes ist der einheitliche Maßstab im gesamten Bild. Es treten somit keine Verzerrungen mehr auf und die Entnahme von Flächen, Strecken und Winkeln sowie eine Identifizierung von Objekten ist möglich.
In der Photogrammetrie ein durch Differentialentzerrung bzw. digitale Entzerrung gewonnenes analoges, photographisches bzw. digitales entzerrtes und maßstabsgetreues Luftbild, das in guter Näherung einer Orthogonalprojektion (senkrechte Parallelprojektion) des abgebildeten Teils der Erdoberfläche entspricht. Das Luftbild wird dabei auf ein orthogonales Koordinatensystem projiziert. Ein Orthophoto-Luftbild ist flächentreu und winkeltreu wie Karten im Plan-Maßstab, eignet sich als Planungsgrundlage und ist die Grundlage für die Fortschreibung von Karten durch Luftbilder (z.B. im Maßstab 1:5.000 oder 1:10.000). Überlagerungen von Karte und Bild sind ebenfalls einfach möglich. Heute werden Orthophotos fast nur noch digital erzeugt.
Engl. ortho photo mosaic, franz. mosaique des ortho-images; ein "aus einzelnen digitalen Bilddaten auf ein gemeinsames absolutes Bezugsystem transformiertes Gesamtbild, bei der die Helligkeits-, Kontrast- und Farbunterschiede zwischen den einzelnen Teilbildern durch radiometrische Verarbeitung minimiert werden".
Engl. ocean colour; die "Farbe" des Ozeans wird bestimmt
durch das Zusammenwirken des einfallenden Lichtes mit im Wasser vorhandenen
Substanzen oder Teilchen. Die wichtigsten Bestandteile sind frei treibende,
photosynthetische Organismen (Phytoplankton) und anorganische Schwebstoffe.
Bei der Fernerkundung von Wasserinhaltsstoffen wird deren Eigenschaft genutzt,
daß sie die aus dem Wasser rückgestreute Sonnenstrahlung im sichtbaren
und nahen infraroten Spektralbereich verändern. Phytoplankton enthält Chlorophyll,
welches Licht im blauen und roten Spektralbereich
absorbiert und im grünen Bereich emittiert. Schwebstoffe können Licht reflektieren
und absorbieren, was die Klarheit (Lichtdurchlässigkeit) des Wassers reduziert.
Gelöste Stoffe können ebenfalls die Wasserfarbe beeinflussen.
Instrumente, welche die Strahlungsintensität bestimmter Wellenbereiche messen
(Radiometer) beobachten an Bord von Satelliten
die Meeresoberfläche. Die gemessene Strahlung
kann dann quantitativ in Bezug gesetzt werden zu verschiedenen Bestandteilen
der Wassersäule, die mit dem sichtbaren Licht interagieren, wie eben Chlorophyll.
Die Chlorophyllkonzentration kann ihrerseits herangezogen werden, um die Menge
Kohlenstoff zu bestimmen, die über die Photosynthese in Pflanzen gebunden wird
(Primärproduktion). Der Aufnahmepunkt und die, verglichen mit dem menschlichen
Auge, empfindlicheren Sensoren führen zu den phantastischen Farbdarstellungen
der Ozeanfarben.
Gegenüber punktuellen Wasserproben erlauben Fernerkundungsdaten die Erfassung
räumlicher Zusammenhänge und die Darstellung der hohen räumlichen
Variabilität von Wasserinhaltsstoffen. Allerdings können die ermittelten Daten über die Chlorophyll-Konzentration keine Aussage machen über die Verteilung der verschiedenen Arten des Phytoplankton.
Zu den Sensoren, die satellitengestützt die Ozeanfarbe messen, gehören
MERIS, MODIS,
MOS, SeaWiFS.
Informationen zu den Sensoren und Bildbeispiele bietet die International
Ocean Colour Coordinating Group.
| Ozeanfarbe im Bereich des Golfstroms
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On May 11, 2002 clear skies revealed the highly productive waters off the eastern United States and Canada to the SeaWiFS radiometer. The two images provided here are derived from the same raw data, but are processed in different ways. The first image is a quasi-true-color view formed by using the red, green, and blue spectral bands from the sensor as the red, green, and blue components of the image. The second image is a pseudo-color representation of sea surface chlorophyll concentrations overlaid on the quasi-true-color image. You will note that the chlorophyll image brings out much more of the complexity in this part of the Atlantic Ocean. In this view the waters over Georges Bank and in the Gulf of Maine exhibit the high chlorophyll concentrations that mark thriving phytoplankton populations which are the base of the food web for most of the rest of those ecosystems. To the south, chlorophyll concentrations decrease rapidly as one crosses the northern boundary of the meandering Gulf Stream. To the east of Georges Bank one of the meanders has pinched off into a large warm core ring. Zu höherer Auflösung auf Grafiken klicken. Quelle: NASA |
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Gründe für die Messung der Ozeanfarbe:
Weitere Informationen:
Die Ozeanfernerkundung (ocean remote sensing) ist ein Teilbereich der Gewässerfernerkundung, der sich unter zivilem und militärischem Blickwinkel mit dem Zustand der Ozeane und deren Wechselwirkungen mit anderen Segmenten der Erdsystems befasst und dabei Fernerkundungstechnologien einsetzt.
Ozeane bedecken rund 71 % der Erdoberfläche und entziehen sich alleine durch diese Größe einer bloßen Erforschung und Beobachtung mit in situ-Methoden, sondern sind ideales Objekt für den Einsatz großflächiger Fernerkundung mit bei Bedarf hoher temporaler Auflösung.
Ozeane sind für uns wichtig als Nahrungs- und Rohstoffquelle. Darüber hinaus dienen sie als Transportwege, sind von entscheidender Bedeutung für die Bildung von Wettersystemen und die CO2-Speicherung, und sie sind ein wichtiges Glied im Wasserkreislauf der Erde. Das Verständnis für die Ozeandynamik ist wichtig für die Abschätzung der Fischvorräte, für die Planung von Schiffsrouten, für die Vorhersage von Auswirkungen von Phänomenen wie El Niño, für die Vorhersage und Beobachtung von Stürmen um die Schadenswirkungen auf Schifffahrt, Offshore-Aktivitäten und Küstensiedlungen zu reduzieren. Aus diesen Gründen gehören zum Studium der Ozeandynamik unter anderem die Informationsgewinnung über Wind und Wellen (Richtung, Geschwindigkeit, Stärke), die Tiefenmessung (Bathymetrie), die Wassertemperatur und die Produktivität der Ozeane (Primärproduktion).
Küsten sind ökologisch empfindliche Schnittstellen zwischen Meer und Land und reagieren auf Veränderungen, die durch wirtschaftliche Erschließungsmaßnahmen, Landnutzungsänderungen hervorgerufen werden. Oft sind Küstenstreifen biologisch vielfältige Gezeitenzonen. Küsten sind häufig stark urbanisiert. Über 60 % der Weltbevölkerung leben in Meeresnähe, was die Küsten unter starken anthropogenen Stress setzt.
Aus diesen Gründen benötigen Behörden weltweit verlässliche Monitoring-Daten um Veränderungen durch Küstenerosion, Verlust natürlicher Habitate, Verstädterung, Abwassereintrag und Belastungen im Offshorebereich zu dokumentieren. Viele Aspekte der Dynamik des offenen Ozeans und der Küstenregionen können mit Hilfe von Fernerkundung überwacht und kartiert werden.
Beispiele für ozeanbezogene Fernerkundungsanwendungen:
| Die Beständigkeit der Meere
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Diese Visualisierung zeigt oberflächennahe Meeresströmungen rund um den Globus während der Zeit vom Juni 2005 bis zum Dezember 2007. Die Visualisierung enthält keinen gesprochenen Kommentar oder sonstigen Anmerkungen, ledigliche eine musikalische Untermalung. Es war das Ziel, Daten der Meereströmungen zu verwenden, um eine einfache, intuitive Erfahrung zu ermöglichen. Zur Erstellung der Visulisierung wurden für dieses gemeinsame MIT/JPL-Projekt (ECCO2) gewaltige Mengen an Daten und Algorithmen eingespeist. ECCO2 benutzt das numerische MIT-Modell der Allgemeinen Zirkulation (MITgcm) um Satelliten- und in situ-Daten der Weltmeere zusammen zu führen. Die Auflösung des Modells erlaubt die Darstellung von ozeanischen Wirbeln und anderen relativ kleinskaligen Strömungssystemen, die Wärme und Kohlenstoff in den Ozeanen transportieren. ECCO2 enthält Daten zu Ozeanströmungen in allen Tiefen, aber in dieser Visualisierung sind nur die Oberflächenverhältnisse dargestellt. Die dunklen Muster unter den Ozeanen stellen die Tiefenverhältnisse dar. Die topographische Überhöhung auf Land besitzt den Faktor 20, die der Bathymetrie Faktor 40. 'Data used by the ECCO project include: sea surface height from NASA's Topex/Poseidon, Jason-1, and Ocean Surface Topography Mission/Jason-2 satellite altimeters; gravity from the NASA/German Aerospace Center Gravity Recovery and Climate Experiment mission; surface wind stress from NASA's QuikScat mission; sea surface temperature from the NASA/Japan Aerospace Exploration Agency Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS; sea ice concentration and velocity data from passive microwave radiometers; and temperature and salinity profiles from shipborne casts, moorings and the international Argo ocean observation system.' (sciencedaily.com) |
Weitere Informationen:
Syn. Ozeansalinität, engl. ocean salinity;
Meerwasser hat einen durchschnittlichen Salzgehalt (Salinität) von 3,5 % Massenanteil. Salinität wird im einfachsten Fall als Massenanteil in g/kg (Gramm Salz pro Kilogramm Salzwasser bzw. Lösung), in Prozent (1 % entspricht 10 g/kg) oder in Promille angegeben. Heute üblich und empfohlen ist die Angabe in der dimensionslosen Einheit PSU (Practical Salinity Units). Sie gibt an, wie viel Gramm Salz in einem Kilogramm Wasser gelöst sind.
| Long-Term Composite Image: 25-Aug-11 to 07-Jul-12 ![]() |
Sea surface salinity data taken by the NASA Aquarius instrument. Reds show higher salinity (40 grams per kilogram) and purples show relatively low salinity (30 grams per kilogram). Preliminary (Version 1.3) data contain uncertainties and, over time, will be updated as further calibration and validation work are completed. Data on these images in the southernmost ocean regions are not yet reliable as they are associated with high winds and low surface temperatures. The north-south striped patterns are artifacts of small residual calibration errors and thus are not real. Low salinity values immediately adjacent to land and ice-covered areas are due to proximity to coastlines or ice edges, which introduces errors into the data. The maps show several well-known ocean salinity features such as higher salinity in the subtropics; higher average salinity in the Atlantic Ocean compared to the Pacific and Indian oceans; and lower salinity in rainy belts near the equator, in the northernmost Pacific Ocean and elsewhere. These features are related to large-scale patterns of rainfall and evaporation over the ocean, river outflow and ocean circulation. Maps produced by Norman Kuring, NASA Goddard. Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken Quelle: NASA - Goddard Space Flight Center |
Die Salinität kann mit Hilfe eines Salinometers bestimmt werden. Dabei wird ausgenutzt, dass die elektrische Leitfähigkeit des Wassers proportional zum Salzgehalt ist. Je höher die Salinität, umso geringer ist der Widerstand oder umso größer ist die Leitfähigkeit der untersuchten Meerwasserprobe. Die Messungen erfolgen in situ mit großer Genauigkeit aber mit geringer räumlicher und zeitlicher Auflösung. Globale Daten versprechen die neuen Satellitenmissionen Aquarius (NASA) und SMOS (ESA). Sie messen aber lediglich die Salinität der obersten Millimeter der Wasserflächen.
Aquarius Mission Data to Help Multi-Facet Study
Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken |
The Aquarius radiometer instruments will take a "skin" reading of the oceans' salt content at the surface. From these data of salinity in the top 1 cm) of the ocean surface, Aquarius will create weekly and monthly maps of ocean surface salinity all over the globe for at least three years. To better understand what's driving changes and fluctuations in salinity - and how those changes relate to an acceleration of the global water cycle and climate change - scientists will go deeper. |
Weltweit gesehen und auch bezogen auf die gesamte vertikale Erstreckung der Ozeane liegt der Wert für die Ozeansalinität zwischen ~33-37 ppt bzw. psu, der Durchschnittswert für alle Ozeane beträgt 35 psu. Die Werte für die Teilmeere sind unterschiedlich. Die größten Salzgehalte findet man in den Subtropen, wo die Verdunstung den Niederschlag überschreitet. Diese Regionen korrespondieren mit den Wüsten, die in gleicher Breitenlage auf dem Land vorkommen. Niedrigere Salzgehalte im Oberflächenwasser treten im Allgemeinen in Äquatornähe aufgrund der hohen Niederschläge auf, sowie in Richtung der höheren Breiten durch schmelzendes Eis und Schneefall. Die Ostsee hat einen Salzgehalt von 0,2 bis 2 %. Einige Binnenseen ohne Abfluss haben weit höhere Salzanteile im Wasser; das Tote Meer ist für seinen Salzgehalt von 28 % bekannt. Der Mittelwert gilt somit vor allem für das Hauptvolumen der Ozeane und auch für die meisten Nebenmeere wie etwa die Nordsee.
Das Salz der Ozeane stammt aus der Zeit, als sich nach der Abkühlung und Verfestigung der Erdkruste die erste Wasserhülle bildete, der Urozean. Seitdem wirken zwei gegenläufige Prozesse auf den Salzgehalt ein: wenn am Meeresboden Sedimentmaterial in den geologischen Untergrund absinkt, dann wird mit dem eingeschlossenen Porenwasser Salz entfernt, ungefähr ebensoviel, wie dem Meer ständig durch Verwitterung von Gestein zugeführt wird. Beide Prozesse waren in den erdgeschichtlichen Perioden verschieden intensiv, es gab Perioden mit starker Gebirgsbildung und Perioden mit starker Erosion. Vieles spricht dafür, daß vor 270 Millionen Jahren der Salzgehalt des Weltmeers sogar höher als heute war, denn im Perm-Zeitalter verdunstete viel Meerwasser in Flachwassergebieten. Meersalz wurde in Salzlagerstätten festgelegt. Damals war der Salzgehalt vielleicht 42 Promille.
Auch während der Kaltzeiten des Pleistozäns wurde aus dem Weltozean stammendes Wasser als Süßwassereis auf dem Land abgelagert. Deshalb war der Salzgehalt des Weltmeers vor 20.000 Jahren wohl 35,9 Promille gegenüber 34,7 Promille in der Gegenwart.
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Flat Map of Ocean Salinity
The average density of sea surface water can be calculated from the average sea surface temperature and salinity using the state equation for seawater. The image shows the long term average sea surface density, with light blue regions having the least density and dark blue regions having the greatest density. The sea surface density variations are actually very small, less than 3% overall, but the variation is very important. There are three stable, dense regions in the ocean's surface, one in the sea around Iceland, Greenland, and Scandinavia and the other two near or under major Antarctic ice shelves. In these regions, the surface water becomes dense enough to sink and join the deep ocean currents. In fact, this sinking is thought to drive these deep currents as part of a system called the Thermohaline Circulation. This circulation has a strong effect on the Earth's climate, influencing the Gulf Stream, El Niño events, and both past and future Climate Shifts. Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken |
Gewöhnlich besteht der Schichtungsaufbau der Ozeane aus relativ warmem Wasser an der Oberfläche mit einem höheren Salzgehalt, das über geringer salinarem Tiefenwasser liegt. Diese zwei Regionen durchmischen sich nicht, außer in ganz bestimmten Regionen. Die Meeresströmungen, also die Bewegungen der Ozeane in der Oberflächenschicht werden meist vom Wind angetrieben. In bestimmten Bereichen nahe der polaren Ozeane wird das kalte Oberflächenwasser wegen Verdunstung und Eisbildung noch salzhaltiger. Daher wird in diesen Gebieten das Oberflächenwasser ausreichend dicht um in die Tiefen des Ozeans abzusinken. Diese Verfrachtung von Wassermassen in die Tiefe zwingt das dort befindliche Wasser horizontal auszuweichen, bis es eine Region auf der Erde findet, in der es aufgrund von Dichteunterschieden wieder an die Oberfläche aufsteigen kann und damit die Strömungsschleife schließt. Dies geschieht gewöhnlich in Meeresbereichen um den Äquator, vorrangig im Pazifik und im Indik. Diese großräumige, langsame Strömung wird thermohaline Zirkulation genannt, da sie durch Unterschiede in Temperatur und Salinität des Meerwassers angetrieben wird.
Die thermohaline Zirkulation oder das große Förderband |
This animation shows one of the major regions where the transport of surface water into the deep occurs, the North Atlantic Ocean around Greenland, Iceland, and the North Sea. The surface ocean current brings new water to this region from the South Atlantic via the Gulf Stream and the water returns to the South Atlantic via the North Atlantic Deep Water current. The continual influx of warm water into the North Atlantic polar ocean keeps the regions around Iceland and southern Greenland mostly free of sea ice year round. The animation also shows another feature of the global ocean circulation: the Antarctic Circumpolar Current. The region around latitude 60 south is the only part of the Earth where the ocean can flow all the way around the world with no land in the way. As a result, both the surface and deep waters flow from west to east around Antarctica. This circumpolar motion links the world's oceans and allows the deep water circulation from the Atlantic to rise in the Indian and Pacific Oceans and the surface circulation to close with the northward flow in the Atlantic. The color on the world's ocean's at the beginning of this animation represents surface water density, with dark regions being most dense and light regions being least dense. The depths of the oceans are highly exaggerated to better illustrate the differences between the surface flows and deep water flows. The actual flows in this model are based on current theories of the thermohaline circulation rather than actual data. The thermohaline circulation is a very slow moving current that can be difficult to distinguish from general ocean circulation. Therefore, it is difficult to measure or simulate. |
Durch die globale Ozeanzirkulation wird Wärme vom Äquator zu den hohen Breiten transportiert. Der Nordatlantikstrom verschafft auf diese Weise den mittleren Breiten Europas ein wärmeres Klima als den gleichen Breiten an der Ostseite Nordamerikas.
Eine Erhöhung der Dichte von Wasser führt zu dessen Absinken und löst somit eine vertikale Zirkulation aus. Diese Zirkulation im Ozean ist die durch Temperatur- und Salzgehalt angetriebene vertikale Ozeanzirkulation – bekannt als globale thermohaline Zirkulation.
Je kälter und salziger Wasser ist, umso schwerer ist es. Wenn Wasser aus dem Ozean verdunstet, steigt der Salzgehalt, und die Oberflächenschicht wird schwerer; Niederschlag reduziert den Salzgehalt. Ebenso erhöhen oder verringern das Gefrieren von Meerwasser oder Schmelzprozesse den Salzgehalt. Der Gefrierungsprozess extrahiert zum Beispiel Süßwasser in der Form von Eis und hinterlässt dichtes, salziges, kaltes Oberflächenwasser.
Zu Dichteunterschieden des Meerwassers trägt die Salinität üblicherweise in geringerem Maße als die Temperatur bei. Falls aber salzhaltigeres Wasser über salzärmerem Wasser liegt, dann muss die Temperaturdifferenz zwischen beiden groß genug sein, um eine stabile Schichtung (weniger dichtes Wasser über dichterem Wasser) zu gewährleisten. Polnahes Meerwasser weist die höchsten Salzgehalte weltweit auf. Trotz der Offenheit der Struktur des Eises passen die meisten Unreinheiten (Salz) nicht zwischen seine Molekularstruktur. Deshalb "fällt" beim Gefriervorgang Salz "aus" - Süßwassereis entsteht, nicht gefrorenes Wasser wird salzhaltiger.
Die Oberflächenwassertemperatur wird schon seit einigen Jahrzehnten routinemäßig per Satellit gemessen, und die Fernerkundung der Oberflächensalzgehalte ist ein wichtiger Zusatz für unser Wissen über die Ozeanzirkulation.
Weitere Informationen:
Als Versauerung der Meere wird die Abnahme des pH-Wertes des Meerwassers bezeichnet. Verursacht wird sie durch die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Erdatmosphäre. Der Vorgang zählt neben der globalen Erwärmung zu den Hauptfolgen der menschlichen Emissionen des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid. Während Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre physikalisch zu steigenden Temperaturen auf der Erde führt, wirkt es im Meerwasser chemisch. Die Versauerung durch Gase lässt sich ausschließlich auf CO2 zurückführen, die Emissionen anderer Treibhausgase wie Methan oder Lachgas tragen nicht dazu bei. Darüber hinaus spielen Säureeinträge wie Dünnsäure und andere Umweltverschmutzungen eine geringe Rolle (aber nicht keine).
Artist's rendition of anthropogenic CO2 and the resulting ocean acidification |
While concern over global warming from the rising levels of greenhouse gases in the atmosphere as a direct result of the burning of fossil fuels is now widely recognized, the other side of the carbon dioxide emissions equation – ocean acidification via CO This amount is established by the chemical capacity of the ocean and the total amount of fossil fuels burned. The annual rate of uptake is controlled by ocean mixing. There is no ambiguity here. The accumulation of fossil fuel CO We are thereby acidifying the ocean and fundamentally changing the remarkably delicate geochemical balance. The consequences for life in the sea are only now beginning to be investigated, but comparable events in our geologic history have caused massive changes in ocean ecosystems, including widespread extinctions. Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken Quelle: http://www.mbari.org/highCO2/ |
Die Folgen dieser Versauerung betreffen zunächst kalkskelettbildende Lebewesen, deren Fähigkeit, sich Schutzhüllen bzw. Innenskelette zu bilden, bei sinkendem pH-Wert nachlässt. Weil diese Arten oft die Basis der Nahrungsketten in den Ozeanen bilden, können sich daraus weitere schwerwiegende Konsequenzen für die zahlreichen von ihnen abhängigen Meeresbewohner und in der Folge auch für die auf diese angewiesenen Menschen ergeben.
Der pH-Wert ist für ideal verdünnte Lösungen definiert und daher auf das salzhaltige Meereswasser nicht direkt anwendbar. Um Durchschnittswerte für Meereswasser angeben zu können, müssen darüber hinaus Modelle angewendet werden, um ein chemisches Gleichgewicht des Ozeans zu simulieren. Hierzu werden derzeit drei verschiedene Modelle mit daraus folgenden Skalen angewendet, die um bis zu 0,12 Einheiten auseinander liegen. Durchschnittswerte können daher nur im Rahmen des zugrundeliegenden Modells verglichen werden.
Das Meerwasser ist mit einem pH-Wert um 8 leicht basisch. Nach einer Zusammenfassung der britischen Royal Society weist das Oberflächenwasser der Meere heute bis in eine Tiefe von 50 m typischerweise pH-Werte zwischen 7,9 und 8,25 auf, mit einem Durchschnittswert von 8,08.Die wichtigsten Ursachen für diese Differenz um 0,25 Einheiten sind die Temperatur des Wassers, der lokale Auftrieb von kohlenstoffdioxidreichem Tiefenwasser, sowie die biologische Produktivität, die dort, wo sie hoch ist, in Form von Meereslebewesen viel Kohlenstoffdioxid bindet und in tiefere Wasserschichten transportiert.
Eine Möglichkeit, frühere pH-Werte zu rekonstruieren, bietet die Analyse von Sedimenten. Aus der isotopischen Zusammensetzung von Borhydroxiden lässt sich bestimmen, dass der pH-Wert an der Meeresoberfläche vor etwa 21 Millionen Jahren etwa 7,4 ± 0,2 betrug, bis er vor ungefähr 7,5 Millionen Jahren auf den Wert von 8,2 ± 0,2 stieg. Da der pH-Wert der Meere über den Henry-Koeffizienten direkt mit der Kohlenstoffdioxidkonzentration der Atmosphäre gekoppelt ist, lassen sich so auch Paläo-CO2-Konzentrationen bestimmen. Bis zum Beginn der ozeanischen Versauerung in Folge der einsetzenden Industrialisierung im 18. Jahrhundert und des steigenden Kohlenstoffdioxidausstoßes blieb dieser Wert in etwa konstant.
Einer Studie der Stanford University zufolge, die einen vorindustriellen pH-Wert des oberflächennahen Meerwassers von durchschnittlich 8,25 annimmt, soll sich der pH-Wert durch die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid auf den heutigen Wert von durchschnittlich 8,14 verringert haben. Eine gemeinsame Übersicht aus den USA von der National Science Foundation (NSF), der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und dem United States Geological Survey (USGS) kommt zu dem Schluss, dass vor der Industrialisierung der durchschnittliche pH-Wert bei 8,16 lag, während er heute 8,05 beträgt. In beiden Fällen wird die Versauerung auf die menschlichen Emissionen von Kohlenstoffdioxid zurückgeführt und mit 0,11 pH-Einheiten beziffert.
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Ocean Acidification
Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken
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Ozeanversauerung erfolgt in großem Maßstab und wird von vielen Umweltgrößen beeinflusst. In situ-Messungen besitzen in räumlicher Hinsicht (verankerte Messstationen) oder/und in zeitlicher Hinsicht (Schiffsbeobachtungen) naturgemäß Beschränkungen. Fernerkundung als relativ junge und zu entwickelnde Technologie bietet hingegen den Blick auf den gesamten Ozean mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Allerdings ist der Einsatz von Fernerkundungsmethoden
zur direkten Überwachung von Änderungen des ph-Wertes in den Ozeanen und ihre Wirkungen auf marine Organismen gegenwärtig noch nicht möglich. Wohl aber können eine Reihe von FE-Produkten, die von Satellitendaten abgeleitet sind, wertvolle Informationen liefern und erlauben es, einige Konsequenzen der Ozeanversauerung abzuschätzen. Einige dieser Messungen messen den ozeanischen Kohlenstoffkreislauf direkt (z.B. CO2-Austauschvorgänge zwischen Atmosphäre und Ozean, POC und PIC). Andere messen geo-biochemische Reaktionen auf die Ozeanversauerung (z.B. AT, Kalkbildungsraten).
Satellitenmissionen, die unter anderem der indirekten Untersuchung der Ozeanversauerung dienen, sind z.B. die NASA-Missionen Orbiting Carbon Observatory (OCO), Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) und bis 2010 Sea-Viewing Wide Field-of-View Sensor (SeaWiFS).
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