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Syn. Thermalstrahlung; Wärmestrahlung ist elektromagnetische Strahlung, die von jedem Körper ausgesendet wird. Sie umfasst im elektromagnetischen Spektrum die UV-Strahlung, das sichtbare Licht und die Infrarot-Strahlung. Die zugehörigen Wellenlängen liegen also etwa im Bereich von 1nm – 100 µm.
Einige Autoren setzen die Wärmestrahlung mit Infrarotstrahlung gleich, bzw. mit Infrarotstrahlung und sichtbarem Licht.
Thermal- und Mikrowellenstrahlung spielen in der Geofernerkundung eine besondere Rolle, da ihre Ausbildung auf andere Eigenschaften der Oberflächenmaterialien zurückzuführen sind. Thermalstrahlung wird von Objekten emittiert und ist somit ein Maß der Oberflächentemperatur . Man spricht analog zum Reflexionsgrad von einem Emissionsgrad. Dieser ist materialspezifisch (Wärmekapazität) und kann ggf. zur Differenzierung von Objekten genutzt werden.
Wichtiger ist in der praktischen Fernerkundung die Lokalisierung von künstlichen oder natürlichen Wärmequellen (z.B. aktive Vulkane, Kühlwassereinleiter von Kraftwerken und Industrieanlagen). Zu diesem Zweck werden oft Nachtaufnahmen analysiert , da hier der Einfluss von erwärmender Sonneneinstrahlung ausgeschlossen werden kann. Die Auswertung von Thermaldaten gilt als schwieriges Unterfangen, da die nötige absolute Temperaturkallibrierung oft nur unzureichend möglich ist.
Engl. Akronym für Water Vapour Lidar Experiment in Space; Mission der ESA, die genaue Vertikalprofile über den Wasserdampfgehalt der Atmosphäre liefern wird. Die Daten werden von einem differentiellen Absorptionslidar an Bord eines Satelliten auf sonnensynchroner Umlaufbahn aufgenommen.
Bezeichnung für Bereiche des elektromagnetischen Spektrums, (3-5 µm, 8-11 µm, teilweise bis 20 µm) in denen das Treibhausgas "Wasserdampf" nur geringe Absorptionswirkung besitzt und so die terrestrische Ausstrahlung (bei wolkenfreier Atmosphäre) in das Weltall ermöglicht.
Siehe World Data Center for Remote Sensing of the Atmosphere
Als Wellenlänge bezeichnet man den Abstand zwischen jeweils zwei Wellenbergen.
Diese Länge kann in Metern, Nanometern, Mikrometern, oder wie in der Grafik
auch in Ångström (Å) angegeben werden.
Das gesamte elektromagnetische Spektrum
besitzt Wellenlängen zwischen Milliardstel Meter (Gammastrahlen) und einigen
Metern (manche Radiowellen).
Als Stellvertreter für "Wellenlänge" wird oft λ
verwendet. Der Kehrwert 1/λ wird als "Frequenz" (oft ν oder f)
bezeichnet. Die Frequenz gibt an, wieviele Wellenberge einer sich fortbewegenden
Welle pro Sekunde an einem festen Ort durchgehen. Die verwendete Einheit ist
"pro Sekunde" (s-1). Im elektromagnetischen Spektrum reichen
die Frequenzen von weniger als 1 Milliarde Wellen pro Sekunde (Radiowellen)
bis zu über 3 Milliarden Wellen pro Sekunde (Gammastrahlen). Die Frequenz wird in Hertz (Hz) gemessen, dies entspricht einem Wellendurchgang in einer Sekunde.
Wellenlänge und Frequenz stehen in einem Zusammenhang, ausgedrückt in folgender Formel:
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Dabei ist c die Lichtgeschwindigkeit, also jene Geschwindigkeit,
mit der sich Licht im Vakuum fortbewegt (= 2.998·108 m/s). Je kürzer die Wellenlänge um so kürzer ist die Frequenz. Je länger die Wellenlänge um so höher ist die Frequenz.
Strahlung wird beschrieben durch ihre Wellenlängen bzw. durch ihre Frequenz. Und auch Schall ist nichts anderes als eine Welle.
Startanlage für Trägerraketen, die Weltraummissionen starten können. Dabei kann es sich um unbemannte Satelliten- oder Raumsondenstarts oder bemannte Raumflüge handeln. In Russland und China ist auch der Begriff Kosmodrom geläufig, Weltraumbahnhöfe werden derzeit von einzelnen Weltraumnationen oder Staatenorganisationen (wie der ESA) unterhalten.
Die Kriterien für den Standort eines Weltraumbahnhofs sind vielfältig. Er sollte an einem geologisch stabilen Ort gebaut werden, der zudem von größeren und häufigen Unwettern verschont wird, da Raketenstarts bei Regen oder Sturm meist abgesagt werden müssen. Zudem sollte der Startplatz möglich nahe am Äquator liegen. Dies hat mit der Erdrotation zu tun: Unser Heimatplanet dreht sich an verschiedenen Orten unterschiedlich schnell: Während sich die Erde im Zentrum des Nordpols gar nicht dreht, ist die Rotation am Äquator mit etwa 1630 km/h maximal. Dort hat die Rakete bereits die höchste Grundgeschwindigkeit und muss bei einem Start nach Osten weniger beschleunigen, um insgesamt auf die gleiche Geschwindigkeit zu kommen. Zudem erleichtert die Lage das Erreichen der gebräuchlichsten Umlaufbahnen. Je mehr die Rakete von dieser Ideallinie in Richtung Süden oder Norden abweicht, desto weniger "Gratis-Energie" der Erde kann sie beim Start nutzen.
Ein Weltraumbahnhof sollte sich in einem politisch stabilen Staat befinden, da sein Aufbau mit großen Investitionen verbunden ist. Er sollte abseits von dicht besiedeltem Gebiet liegen und in östlicher Richtung einen Ozean oder ein sehr dünn besiedeltes Gebiet haben. Denn alle Raketenstarts für äquatorparallele Umlaufbahnen ihrer Nutzlast erfolgen mit der Erdrotation (aus oben genanntem Grunde) in östlicher Richtung. Wenn es zu einem Fehlstart kommt, könnten Menschen durch niederstürzende Trümmer und Treibstoffe gefährdet werden. Schließlich sollten genügend Erweiterungsflächen verfügbar sein.
Beispiel: Russische Kosmodrome
Nicht alle gebauten Weltraumbahnhöfe genügen diesen Kriterien. Besonders
die russischen Kosmodrome sind durch ihre sehr weit nördliche Lage benachteiligt,
da für orbitale Manöver zur Zielumlaufbahn mehr Treibstoff aufgewendet
werden muss.
Beispiel: Kourou
Der europäische Weltraumbahnhof Kourou
besitzt von ähnlichen Einrichtungen weltweit die günstigste Lage.
Er liegt im französischen Übersee-Departement Französisch-Guayana
im Norden Südamerikas (politisch stabil) und liegt sehr dicht am Äquator
(günstige Starteigenschaften). Die Region ist sehr dünn besiedelt
und grenzt im Nordosten an den Atlantik (geringe Gefährdung für Menschen).
Da der Weltraumbahnhof direkt an ein ausgedehntes Waldgebiet grenzt, ist auch
sein Ausbau problemlos möglich. Zudem besteht kein Wirbelsturm- oder Erdbebenrisiko.
Karte der Weltraumbahnhöfe
Quelle: Wikipedia |
Liste der Weltraumbahnhöfe (Name, Standort, Betreiber)
Engl. Space Situational Awareness (SSA); der Name eines Programms der europäischen Weltraumbehörde ESA zur Überwachung des Weltraums. Damit soll unter anderem ein Netzwerk für Europa implementiert werden, das unabhängig von Daten des US-Programms Space Surveillance System ist.
Das Programm umfasst drei Hauptarbeitsgebiete:
Das Hauptziel von Space Situational Awareness ist die Schaffung eigener leistungsfähiger Überwachungskapazitäten, um Europas Zugang zum Weltraum und die Sicherheit seiner Satelliten zu gewährleisten. Denn noch ist Europa bei der Beschaffung wichtiger Daten von Institutionen anderer Länder abhängig. Das trifft vor allem auf die Überwachung des Weltraumschrotts zu. Hier müssen die europäischen Experten hauptsächlich auf Daten des amerikanischen Space Surveillance Network zugreifen.
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| The SSA programme is enabling Europe to detect hazards to critical space infrastructure. This artist's impression illustrates how radars, telescopes and networks on the ground can work in unison to detect space hazards including debris in orbit, harmful space weather and near-Earth objects. | The SSA programme is enabling Europe to detect hazards to critical space and ground infrastructure. This artist's impression illustrates the three main 'segments', or areas of activity, for SSA: space surveillance and tracking of debris objects (SST), detechion of space weather (SWE) and searching for near-Earth objects (NEOs). |
ESA's Optical Ground Station (OGS)is located at the Observatorio del Teide on Tenerife, and is situated at an altitude of 2393 metres. Zu größerer Darstellung Grafiken anklicken Quelle: http://www.esa.int/SPECIALS/SSA/SEMZGB9U7TG_1.html |
Neben optischen Teleskopen sind für die Erfassung der kleinen Schrottobjekte auch leistungsfähige Radaranlagen nötig, über die Europa noch nicht verfügt. Deshalb hat das spanische Unternehmen Indra Espacio im Rahmen des Vorläuferprogramms vor Kurzem den Auftrag erhalten, das Testmodell eines derartigen Radars zu bauen. An der Entwicklung und Realisierung ist auch das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik (FHR) aus Wachtberg bei Bonn beteiligt. Dort sind bereits vielfältige Erfahrungen auf diesem Gebiet vorhanden. Das Tira-Radar des FHR kann mit seiner 34-Meter-Antenne bereits heute zentimetergenaue Details eines Satelliten in der Umlaufbahn erkennen.
Bei allen eigenen Aktivitäten soll aber auch in Zukunft die internationale Kooperation mit anderen Diensten wie der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA, USA) oder dem Space Weather Prediction Center (SWPC, USA) ausgebaut werden.
Weitere Informationen: ESA - Space situational awareness
Syn. Weltraumschrott; engl. space debris, space junk; alle vom Menschen hinterlassenen funktionslosen
Objekte im Weltraum. Die bekanntesten Beiträge zum Weltraummüll bestehen aus
ausgedienten Satelliten, ausgebrannten
Oberstufen, missionsbedingten Objekten (abgesprengte Haltebolzen, von Astronauten verlorenes Werkzeug) und Trümmern von unbeabsichtigten und beabsichtigten Kollisionen sowie von Explosionen von Satelliten oder
Raketen-Oberstufen. Manche Objekte werden absichtlich gesprengt, bei anderen detoniert an Bord verbliebener Resttreibstoff. Auslöser können Entladungen von Batterien der Satelliten sein. Ferner emittieren Feststofftriebwerke beim Abbrennen mikrometergroße Partikel aus Aluminiumoxid. 16 nuklear betriebene sowjetische Spionagesatelliten vom Typ Rorsat hinterließen radioaktiven Weltraumschrott. Nach Ende ihrer Mission wurden die Reaktorkerne abgesprengt, wobei das Kühlmittel – eine Natrium-Verbindung – freigesetzt wurde und große Tropfen bildete.
Von Satelliten abgeplatzte Farbe sind eine weitere Quelle für Weltraummüll.
Der ESA sind etwa 9.000 Objekte bekannt, die größer als 10 cm sind.
Die Hälfte davon ist durch Explosionen entstanden ist. Z.B. zerbarst 1994 die Oberstufe einer Pegasusrakete in 703 Trümmerstücke.
Die Schrottteile werden vom US Strategic Command beobachtet. Diese Institution berichtet aber von einer noch viel größeren Zahl (14.000) von Trümmern, Detailinformationen zu der Differenz von 5.000 Teilen sind Betriebsgeheimnis.
Im Bereich der Objekte zwischen 1/10 mm und mehreren Zentimetern Durchmesser gibt es neben den Trümmern weitere Beiträge zum Weltraummüll. Das sind Flüssigmetalltropfen aus Kernreaktoren und Schlackepartikel aus Feststoffmotoren. Hinzu kommen noch verschiedene Arten von Kleinstteilchen. Zwischen 100.000 und 150.000 Müllteile von mehr als einem Zentimeter Größe umkreisen die Erde in 200 bis 2.000 Kilometern Höhe.
Jedem Land ist es selbst überlassen, wie es mit seinem Weltraummüll umgeht. Verbindliche Abkommen gibt es nicht, entsprechend auch keinen Umweltschutz im All. Laut dem Weltraumschrott-Experten Prof. Dr. Walter Flury von der ESOC (European Space Operations Centre) in Darmstadt " ist die beste Technik nutzlos, bis die UNO einen Verhaltenskodex verabschiedet. Denn das Aufräumen im All beginnt auf der Erde". Ein solches Strategiepapier ist in Vorbereitung (2006).
Das Risikopotential des Weltraummülls besteht in der hohen kinetischen Energie, welche infolge der hohen Geschwindigkeiten, die bei Kollisionen auftreten können, freigesetzt wird. Unterhalb von 2.000 km Höhe beträgt die durchschnittliche Kollisionsgeschwindigkeit etwa 36.000 km/h. Ein grundsätzliches Risiko für Raumfahrzeuge geht von Objekten aus, die größer als ein Millimeter sind, da sie etwa ab dieser Größe eine Satellitenstruktur beschädigen können. Ein besonderes Risiko geht von Objekten aus, die größer als ein Zentimeter sind, da sie im Falle einer Kollision ein Raumfahrzeug zerstören können. Sie durchschlagen jede Struktur, auch wenn diese zum Schutz mit Mehrfachwänden umgeben ist. Objekte größer als 1 cm sind nicht mehr abschirmbar. Ein Objekt von einem Zentimeter Größe setzt im Falle einer Kollision mit einer Satellitenstruktur etwa die Energie einer Handgranate frei. Diese Objekte beinhalten auch deshalb ein Risikopotential, weil es nicht möglich ist, sie vollständig zu beobachten. Denn die Umlaufbahnen von Objekten kleiner als 10 Zentimeter sind unbekannt. Eine mögliche Kollision mit einem Raumfahrzeug kann nicht vorhergesehen werden.
Auf geosynchronen Orbits (35.900 km Höhe) sind die Relativgeschwindigkeiten geringer (720 km/h), die dortigen Satelliten entsprechend sicher.
Quellen und Senken von Weltraummüll
Quelle: http://www.ilr.ing.tu-bs.de/forschung/index.html |
Vorbeugend werden die Gefahren im Orbit zusammengetragen, um Raumfahrtzeuge vor Kollisionen mit erkennbaren Müllteilen zu warnen. Dies gelingt aber nicht immer. So mussten bis heute z.B. über 80 beschädigte Fensterscheiben von Raumfähren ausgewechselt werden. Inzwischen werden von Forschern Schutzschilder geplant und entworfen, die die Fensterscheiben vor Einschlägen schützen sollen. Die Wahrscheinlichkeit einer ernsten Kollision zwischen einem Space Shuttle und einem Müllgegenstand, der über 10 cm misst, ist allerdings sehr gering. Die größte Müllmenge befindet sich in ca. 800 km Höhe, wohingegen das Shuttle in ca. 300 km Höhe fliegt, ein Bereich mit nur geringem Müllvorkommen. Es gibt auch müllfreie Zonen, die beobachtet und in die Flugbahnberechnung von Raumfahrzeugen einbezogen werden. In der Vergangenheit musste die NASA in mindestens acht Fällen die Flugbahn von Space Shuttles verändern, um Müll zu umgehen.
Weitere Informationen:
Internationale Rechtsordnung für den Weltraum, initiiert von der Generalversammlung
der Vereinten Nationen (VN) 1959 mit der Schaffung eines ständigen Ausschusses
(COPUOS),
der sich auch mit der Ausarbeitung einer internationalen Rechtsordnung für
den Weltraum befassen sollte.
Die erste und grundlegende völkerrechtliche Vereinbarung des Weltraumrechts
ist der Weltraumvertrag
von 1967, dem derzeit 98 Staaten, darunter auch Deutschland, angehören.
Er legt Grundsätze fest, die die Weltraumaktivitäten von Staaten regeln.
Danach ist der Erwerb von Hoheitsrechten an Teilen des Weltraums, am Mond und
an anderen Himmelskörpern ausgeschlossen (Art. II). Für den Weltraum
wird eine weitgehende Freiheit der Forschung und der wirtschaftlichen Nutzung
gewährt, die allerdings nicht schrankenlos gilt, sondern zum Vorteil und
im Interesse aller Länder ungeachtet ihres wirtschaftlichen und wissenschaftlichen
Entwicklungsstandes wahrzunehmen ist. Denn die Erforschung und Nutzung soll
Sache der gesamten Menschheit sein ("province of all mankind", Art.
I). Eine weitere Einschränkung dieser Freiheiten ist die friedliche Nutzung
des Weltraums (Art. IV), die für den Mond und die anderen Himmelskörper
umfassend gilt (d.h. keine Stützpunkte, keine Waffen, keine militärischen
Übungen), für den übrigen Weltraum hingegen nur teilweise (keine
Kern- oder Massenvernichtungswaffen). Ob Waffensysteme, die nur einen Teil der
Flugstrecke im Weltraum zurücklegen, um zu ihrem Ziel zu gelangen (ballistische
Raketen mit Nuklearsprengkörpern oder militärische Aufklärungssatelliten)
erlaubt sind, ist zwischen den Vertragsstaaten umstritten. Die Grenze zwischen
Luft- und Weltraum selbst wird nicht definiert.
Der Weltraumvertrag legt auch die Haftung für Schäden durch Weltraumaktivitäten fest (Art.VII). Staaten, die einen Weltraumgegenstand in den Weltraum starten, starten lassen oder ihr Territorium oder ihre Anlagen für Starts zur Verfügung stellen, haften grundsätzlich unbegrenzt für Körper- und Sachschäden, die ein solcher Gegenstand auf der Erde, im Luftraum oder im Weltraum verursacht, wenn diese auf fahrlässigem Handeln beruhen (vgl. auch Weltraumhaftungsübereinkommen).
Der Weltraumvertrag enthält ferner Bestimmungen zur Vermeidung von schädlichen Verunreinigungen des Weltraums. Allerdings haben sie in ihrer gegenwärtigen Fassung wenig praktische Bedeutung erlangt.
Die technische Entwicklung der Weltraumfahrt und die damit verbundenen Gefahren hat die Ausarbeitung von Verträgen zur Ergänzung und Konkretisierung des Weltraumvertrages veranlasst. Dazu gehören:
Für einige Probleme der Nutzung des Weltraums gibt es bisher unter den VN-Mitgliedern keinen Konsens, ob und inwieweit eine rechtliche Regelung erfolgen soll. Deshalb wurden zunächst nur rechtlich nicht verbindliche Prinzipienkataloge ausgearbeitet, die als VN-Resolution angenommen wurden.
Weitere Informationen:
Engl. 'Space Weather'; Bezeichnung für das komplexe Wechselspiel zwischen Phänomenen auf der Sonne, im interplanetaren Raum sowie in der Erdmagnetosphäre und -ionosphäre.
Weltraumwetter
Quelle: http://www.grazinspace.oeaw.ac.at/2004/penz.html |
Gewaltige Eruptionen auf der Sonne, verbunden mit Ionenstürmen verursachen verschiedene Effekte, die starken Einfluss auf den erdnahen Weltraum und selbst auf die Erdoberfläche haben. Etwa acht Minuten nach einem Ausbruch erreichen Röntgen- und UV-Strahlung die Erde, die zu Änderungen der Elektronendichte in der Ionosphäre (elektrisch leitfähige Gashülle um die Erde ab einer Höhe von ca. 60 km) führen. Sie können deshalb Kurzwellenübertragungen unterbrechen und Navigationssysteme stören. Nach einigen Stunden gelangen solare Protonen und andere energetische Teilchen zur Erde, die Raumschiffe und Satelliten beschädigen sowie die Gesundheit von Astronauten gefährden können. Die Signalqualität von Satelliten kann verschlechtert oder sogar völlig gestört werden.
Nach einigen Tagen trifft die ausgestoßene Plasmablase und das in ihr eingebettete Magnetfeld auf das Erdmagnetfeld, was in weiterer Folge das Polarlicht verursachen und Schäden an Stromleitungen und Pipelines hervorrufen kann. Ferner führen diese Prozesse zu einer Ausdehnung der Atmosphäre, was Einfluss auf Satellitenbahnen hat. Außerdem beeinflussen hochenergetische solare Teilchen die terrestrische Biosphäre, wo sie Mutationen bei Zellstrukturen bewirken.
Ein Ionosphärenwetterdienst soll dazu beitragen, Genauigkeit und Zuverlässigkeit satellitengestützter Kommunikations- und Navigationssysteme auch angesichts gigantischer Explosionen auf der Sonne zu gewährleisten, vor allem im Hinblick auf das im Aufbau befindliche zivile europäische Navigationssystem Galileo.
| Veränderung in der Ionosphäre der Nordpolregion während der Sonnenstürme am 30. Oktober 2003  |
Elektronendichteverteilung in der oberen Ionosphäre Anfang November 2003  |
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Zu höherer Auflösung auf Bilder klicken Quelle: http://bilddb.rb.kp.dlr.de/deutsch/rubrik.asp?qryRubrik=2 |
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Weitere Informationen:
Aus multispektralen Fernerkundungsdaten zu gewinnender Indikator zur Beschreibung des Wassergehaltes von Vegetationsflächen unterschiedlicher Dichte und mit unterschiedlichen Bodenanteilen. Ähnlich dem Vegetationsindex kann eine Kombination relevanter Spektralbänder operationeller Sensorsysteme, z.B. Landsat-TM, ein Feuchtemaß darstellen. Das Ausmaß an Reflexion im kurzwelligen (mittleren) Infrarot ist eng mit dem Wassergehalt der reflektierenden Vegetations- und Bodenflächen verbunden. Absorptionsmaxima durch Wassermoleküle liegen in Spektralbereichen von ca. 1,45 mm und 1,95 mm. Die in den benachbarten Wellenlängenintervallen von 1,55-1,75 mm und 2,08-2,35 mm aufnehmenden Kanäle 5 und 7 des Sensorsystems Landsat-TM eignen sich demzufolge für eine Charakterisierung der Feuchte. In Gegenüberstellung mit dem Reflexionsausmaß im nahen Infrarot (Landsat-TM, Kanal 4), das im Falle von reflektierender Vegetation maßgeblich von der Struktur des Blattmesophylls beeinflußt wird, ergibt sich ein Index TM4/TM5. Die Nutzung dieses Index ist jedoch nur bedingt möglich, da er weder ein verläßliches Maß für die absolute Feuchte noch für die relative Feuchte (Wasserkonzentration) darstellt.
In der Radar-Fernerkundung werden durch Scatterometer aufgenommene Datensätze in zunehmendem Maße dazu verwendet, Aussagen über die Bodenfeuchte der in Abhängigkeit des genutzten Frequenzbereiches erfaßbaren obersten Bodenschichten zu gewinnen.
Syn. Radiosonde; luftgetragene Plattform zur Erstellung eines Vertikalprofils der die Atmosphäre charakterisierenden Parameter (Temperatur, Druck, Feuchte). Dazu misst die Radiosonde, die an einer Schnur unter dem Ballon befestigt ist, alle paar Sekunden diese Parameter und sendet sie an einem Empfangsstation am Boden. Durch die horizontale Verdriftung des Ballons erhält man zudem eine Information über die Windverteilung in der Atmosphäre. Moderne Sonden übermitteln ihre jeweilige Position automatisch durch GPS-Sender.
Wetterballon mit Bodenstation
Quelle: http://www.top-wetter.de/lexikon/
w/wetterballon.htm |
Aktives Fernerkundungsverfahren in der Meteorologie vorwiegend zur Ortung und Intensitätsmessung von Niederschlägen. Als Doppler-Radar kann es auch zur Windmessung eingesetzt werden.
Ein Wetterradar besteht aus einer Antenneneinheit einschließlich Radom (Wetterschutz), einem Sender und einem Empfänger, Signal- und Datenverarbeitungsprozessoren, einem Radarrechner sowie einem lokalen Netzwerk mit den erforderlichen Fernmeldeanschlüssen für die Datenabgabe und für Fernzugriffsmöglichkeiten bei der Systemüberwachung.
Das Wetterrader gilt als klassisches Instrument zur flächenmäßigen Erfassung von Niederschlag. Das Radar erlaubt eine hohe räumliche Auflösung (typischerweise 1x1 km²) und eine häufige Messung (typischerweise alle 5 min). Es ist daher bestens geeignet, herannahende Niederschlagsgebiete zu erfassen und kurzfristig vor Starkniederschlägen zu warnen.
Beim Wetterradar wird elektromagnetische Strahlung von einer gerichteten Parabolantenne in die Atmosphäre ausgesandt. Es handelt sich dabei um einen auf ca. 1° gebündelten, energiereichen Puls mit einer Wellenlänge von 3 bis 10 cm. Der Puls trifft dabei auf die in einer Wolke vorhandenen Niederschlagsteilchen, die Hydrometeore (Regentropfen, Eiskristalle, Hagelkörner). Diese Teilchen streuen die Radarstrahlung, und ein Teil davon gelangt durch die Rückstreuung wieder in die Antenne und zwar in der Zeit zwischen den ausgesandten Energieimpulsen. Die aufgefangene Rückstrahlung, das Radarecho, ist sehr schwach und muss deshalb verstärkt werden. Das Zeitintervall zwischen den ausgesandten Impulsen und den dazugehörigen Echos entspricht jener Zeit, die der Impuls braucht, um die doppelte Entfernung (hin und zurück) zu den streuenden Hydrometeoren zurückzulegen. Da sich die Radarstrahlung mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, kann die Distanz vom Radar zu den Partikeln berechnet werden.
Die Echostärke (Radarreflektivität) wird hauptsächlich von der Größe der Hydrometeore bestimmt, mit abnehmender Größe verliert das Echo rasch an Stärke. Bei den üblichen Wellenlängen der Wetterradargeräte geben die Wolkentröpfchen noch kein Radarecho, sie sind zu klein. Dagegen streuen die Regentropfen (>0,1 mm Ø), d.h. Niederschlag, der aus der Wolke ausfällt, die Radarstrahlen stark. Auch ist das Echo stärker, je mehr Tropfen sich im Radarstrahl befinden. Wasser streut stärker als Eis. Wassertropfen geben somit ein stärkeres Radarecho als "trockene" Graupeln gleicher Größe. Sehr starke Reflexe kommen auch von schmelzenden Schneeflocken, die mit einer Wasserhaut überzogen sind. Ebenfalls sehr stark ist der Reflex an Hagelkörnern. Das Verfahren eignet sich somit zur Hagelwarnung bei sommerlichen Gewittern.
Wetterradar - Prinzip (Animation)
Wetterradare senden Pulse im Mikrowellenbereich, d.h. die Wellenlänge liegt im Bereich von 1 bis 10 cm. Ziel ist, dass die Wellenlänge ein wenig grösser als die grössten zu beobachtenden Teilchen ist (ideale Streueigenschaften). Es wird jeweils ein Puls von ca. 1 Mikrosekunde Dauer gesendet, dann wird sofort in den Empfangsmodus umgeschaltet, d.h. der Sender bleibt für ca. 1 Millisekunde stumm und hört Echos ab. Nach dieser Millisekunde sollten keine Echos mehr eintreffen und der nächste Puls kann gesendet werden. Zur Animation auf Bild klicken Quelle: http://www.iac.ethz.ch/en/groups/richner/cd/doc/radar/images/radar_basics.gif |
Neben der Intensität der rückgestreuten Signale erfassen die Radaranlagen über die Dopplerverschiebung auch die mittlere radiale Geschwindigkeit der Niederschlagsteilchen. Ein Dopplerfilterverfahren entfernt die sogenannten 'Clutter'. Clutter sind Festechos, die durch hohe Gebäude oder Hügel verursacht werden.
Nach der Digitalisierung der Signale verarbeiten der Signalprozessor und der Radarrechner die Daten weiter. Der Radarrechner steuert und überwacht auch das gesamte System.
Bedingt durch die Physik der Streuung der Radarstrahlung an Regentropfen ist der Zusammenhang zwischen Radarrückstreusignal (Reflektivität) und am Boden ankommende Regenrate nicht eindeutig; der Fehler bei der Niederschlagsmessung mit einem konventionellen Wetterradar kann deshalb unter Umständen recht hoch sein. Mit einem polarimetrischen Wetterradar (z.B. POLDIRAD in Oberpfaffenhofen) können aber mehrere unabhängige Variablen des Niederschlags erfasst werden. Die Regenrate kann dann genauer und ohne zusätzliche Korrekturen bestimmt werden.
Wetterradarbild
Quelle: http://www.meteoradar.ch/de/ |
Neben der Erfassung von Niederschlag mit dessen Qualität, Quantität und dessen räumlicher Anordnung werden mit speziellen Windradargeräten (Windprofiler) auch Windgeschwindigkeiten und -richtungen erfasst. Diese besitzen Wellenlängen von ca. 1 m.
Weitere Informationen:
Bezeichnung für Satelliten in polarer oder äquatorialer Umlaufbahn,
Die meteorologische Fernerkundung blieb bis zum Start des ersten speziell für die Wetterbeobachtung konzipierten Satelliten Tiros 1 im Jahre 1960 im Wesentlichen auf erdgebundene Radarsysteme und den gelegentlichen Einsatz von Flugzeugen beschränkt. Dabei handelte es sich immer um räumlich begrenzte Beobachtungen aus mehr oder weniger erdgebundener Sicht.
Erst der Einsatz von Wettersatelliten liefert permanent und weltumspannend Daten und Bilder über die Wolkenverteilung und Wolkenarten, die Bewegung und Zugbahnen der Wolken, die Windbewegungen, die Strahlungstemperaturen, die Schnee- und Eisbedeckung, die Oberflächentemperatur der Wasser- und Landflächen sowie den Zustand der Atmosphäre (u.a. Luftdruck, Niederschläge, Ozongehalt, Luftverschmutzung, Temperatur- und Feuchtigkeitsprofile). Neben den wichtigen Klimaelementen, die zur Wettervorhersage nötig sind, informieren die Satelliten auch über den Zustand der Waldgebiete, Ernte- und Weideflächen, Überschwemmungsgebiete, Meeresströmungen, Eisberge und über Vulkanausbrüche.
Wettersatelliten tragen als Nutzlast
bildaufnehmende Sensoren (Radiometer).
Sie messen die Strahlung in verschiedenen Spektralbändern, hauptsächlich
im sichtbaren und infraroten Bereich. Ferner sind sie mit Fernsehkameras, Strahlungsmessgeräten und atmosphärischen
Soundern (passive Sensoren, die Höhenprofillinien von Druck, Temperatur oder Spurengaskonzentrationen in der Atmosphäre erfassen) ausgestattet. Zusätzlich sind Einrichtungen zur Kommunikation an Bord,
z.B. zum Empfang von Wettermeldungen von automatischen Wetterstationen und zur
Austrahlung der aufgenommenen Wettersatellitenbilder.
Die Radiometer liefern primär Wolkenaufnahmen, die durch ein automatisches
Bildübertragungssystem (APT-System: Automatic Picture Transmission)
praktisch ohne zeitliche Verzögerung von geeignet ausgerüsteten Bodenstationen
empfangen werden können. Auch während der Nacht lässt sich die
Bewölkung durch Messung der Infrarotstrahlung
der Wolkenoberflächen beobachten. Die gemessene Strahlungsemission kann
in Temperaturwerte umgerechnet werden, aus denen sich die Höhe der verschiedenen
Wolkenschichten ableiten lässt. Aus Sequenzen halbstündiger Bilder
von geostationären Satelliten lassen sich auch aus der Wolkenverlagerung
Informationen über das globale Windfeld gewinnen. Aus Strahlungsmessungen
in verschiedenen Wellenlängenbereichen, z.B. Absorptionsmessungen im Bereich
der Kohlendioxid- und Ozon-Bande kann die Temperatur in verschiedenen Höhen
der Atmosphäre berechnet werden. Strahlungsmessungen geben auch über
die Feuchtigkeit (Wasserdampfverteilung) in der (oberen) Atmosphäre Aufschluß.
Die Temperatur des Erdbodens und der Meeresoberfläche kann durch die im
Infrarot und Mikrowellenbereich gemessene Strahlung bestimmt werden.
Nach Umlaufbahncharakteristik lassen sich zwei Gruppen von Wettersatelliten
unterscheiden:
Quelle: http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/remote/lecture_notes/satellite/platforms/index.html |
Die geostationären Satelliten bieten im Vergleich zu den polarumlaufenden
viel häufigere Messungen. Allerdings erfassen sie die Polargebiete nördlich
bzw. südlich der 70. Breitengrade nicht mehr, auch wird die Auflösung
zu den Polen und Bildrändern hin immer schlechter. In den Polargebieten
werden diese Messungen jedoch von den polaren Satelliten in idealer Weise ergänzt:
Da sie bei jedem Umlauf das Polargebiet beobachten, erfolgt auch dort eine nahezu
lückenlose Überwachung.
Die stetige Erfassung desselben Bildausschnittes bei jeder Aufnahme von geostationären
Satelliten erlaubt die Herstellung von Satellitenfilmen, sog. Loops. Sämtliche
auch aus den Medien bekannte (Wetter-) Satellitenfilme stammen von geostationären
Satelliten.
Nach den Aufgabenstellungen von Wettersatelliten wird unterschieden zwischen
| Operationelle Wettersatelliten
|
Als Vorteile von Satellitenbeobachtungen gegenüber anderen meteorologischen Mess- und Beobachtungssystemen gelten:
| Operationelle Wettersatelliten | |
|---|---|
| GOES | METEOSAT |
| Interactive Weather Information | EUMETSAT |
| NOAA/NESDIS | ZAMG, Austria |
| US Navy Research Laboratory, Monterey | KMI, Belgium |
| University of Wisconsin | METEO France |
| Special events | INM, Spain |
| RAMSDIS Image Display Station | Nottingham University |
| Global Hydrology and Climate Center | University of Ulm |
| Florida State University | NOAA |
| GOMS | FY-2 |
| SRC Planeta | National Satellite Meteorological Center |
| INSAT | GMS-5 |
| Indian Meteorological Department | Hokudai Himawari Server |
| Forschungs- und Entwicklungssatelliten | |
| TRMM | ENVISAT |
| Quelle: http://www.wmo.ch/web/sat/imagery.html | |
Weitere Informationen:
Bildhafte Darstellung der Messungen von Wettersatelliten im optischen Spektralbereich. Die seit Jahrzehnten eingesetzten Wettersatellitenbilder eignen sich hervorragend für die Diagnose und Analyse des Wetterzustandes, weil sie einen globalen, aus dem Weltraum gerichteten Überblick ermöglichen.
Mit Satellitenaufnahmen können neben der Verlagerung der Wolkenelemente die Wolkenoberflächentemperaturen aus den Graustufen von Infrarot-Aufnahmen bestimmt werden, was der Niederschlagsprognose dient. Daneben werden solche für Analyse und Vorhersage wichtigen Phänomene wie Lage und Eigenschaften der Strahlströme, Wirbelentstehungsprozesse, Fronten, Konvektionszellen u.a. diagnostiziert. Wolkenanalyse und -klassifikation werden mittels multispektraler Aufnahmen durchgeführt.
Eine Sonderform stellen die ebenfalls zu den ältesten Anwendungen der Fernerkundung gehörenden Thermalbilder dar, sie sowohl flugzeug- als auch satellitenbasiert erstellt werden können.
Satellitenbilder für Mitteleuropa stammen vorwiegend von den geostationären Satelliten der METEOSAT-Serie, der in ca. 37.000 km Höhe über dem Schnittpunkt des Äquators mit dem Nullmeridian steht und in der neuesten Version alle 15 min Bilder liefert. Die Zeit, die im Satellitenbild eingeblendet ist, ist UTC Zeit (Universal Time Coordinated), die der Greenwich Zeit (GMT: Greenwich Mean Time) entspricht. Diese unterscheidet sich von der jeweiligen Lokalzeit (in Mitteleuropa ist es z.B. bereits eine Stunde, während der Sommerzeit zwei Stunden später).
Die wiedergegeben Bilder sind sogenannte IR-Bilder, die die Infrarotstrahlung (IR) zeigen; das ist jene Strahlung, die Erde und Wolken aufgrund ihrer Temperatur aussenden und die im Satellitenbild entsprechend ihrer Intensität in Graustufen umgesetzt wird. In der üblichen Darstellung von Satellitenbildern stellen graue bis weiße Gebiete kalte Temperaturen und somit Bewölkung mit unterschiedlich warmen Obergrenzen dar, graue bis schwarze Gebiete jedoch warme Temperaturen und somit wolkenfreies Land oder Meer. An vielen Wetterdiensten wurden davon abweichende Darstellungen des Satellitenbildes entwickelt, die eine leichtere Interpretation ermöglichen. Die hier enthaltenen Bilder stellen die Bewölkung in weißen, wolkenfreies Land in braunen und wolkenfreies Meer in blauen Farbtönen dar. Tiefere, also wärmere Wolken über Land oder Meer erscheinen in helleren Farbstufen des jeweiligen Untergrundes.
IR-Bilder haben gegenüber den bekannten VIS(visible)-Bildern, die den Bereich der sichtbaren Sonnenstrahlung wiedergeben, den Vorteil, daß sie rund um die Uhr erstellbar sind, also auch in der Nacht, in der es keine Sonnenstrahlung und daher keine VIS-Bilder gibt.
Die Graustufen (bzw. Farbtöne) in einem IR-Bild sind ein Werkzeug für die Erkennung und Diagnose typischer Wolkensysteme. Ein bekanntes Beispiel für warme Wolkenobergrenzen ist Nebel, hingegen kann man für kalte Wolkenobergrenzen (weiß) Gewitterwolken, Wetterfronten und hohe Cirruswolken (Schleierwolken) anführen. Die Erwärmung des wolkenfreien Landes durch die Sonneneinstrahlung im Laufe eines Tages erkennt man ebenfalls in den IR-Bildern durch das Dunklerwerden der Brauntöne etwa bis zum frühen Nachmittag, was insbesondere in den Mittelmeerländern und Nordafrika leicht beobachtbar ist.
Neben den Graustufen sind Konfiguration und Musterung der Bewölkung ebenso wichtige Unterscheidungsmerkmale. So erkennt man lange und breite Wolkenbänder, die häufig Wetterfronten begleiten, Wolkenspiralen, welche Tiefdruckwirbel anzeigen und große Gebiete, meist in der Kaltluft auf der Rückseite der Wetterfronten, die mit kleinen Wolkenzellen erfüllt sind; letztere bilden sich, wenn die kalte Luft über einen warmen Untergrund strömt.
Weitere Informationen:
Engl. Akronym für Wide Field Camera
Festgelegte Anzahl von Tagen, nach denen die Bahnspur eines Satelliten erneut überflogen wird. Der Wiederholzyklus bestimmt die zeitliche Auflösung.
Engl. Wien's displacement law; nach Wilhelm Carl Werner Wien (1864-1928) benanntes Strahlungsgesetz, das die Berechnung der Wellenlänge des Strahlungsmaximums λmax der abstrahlenden Oberfläche ermöglicht. Das Wiensche Verschiebungsgesetz zeigt, dass diese Wellenlänge mit steigender Temperatur immer kleiner wird (Plancksches Strahlungsgesetz):
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mit η = konst. = 2,898 µm K, T = absolute Temperatur der
strahlenden Oberfläche.
Das Wiensche Verschiebungsgesetz findet in der Fernerkundung z.B. bei der Bestimmung von Oberflächentemperaturen im Rahmen von Wärmehaushaltsuntersuchungen oder mikroklimatischen Analysen Anwendung.
Bodengebundene Fernerkundungsverfahren zur Messung der Windgeschwindigkeit und Windrichtung (Windprofile) in hoher zeitlicher Folge (60 min) auf Radarbasis. Windprofiler arbeiten mit Wellenlängen von 1 m, das entspricht Frequenzen von einigen 100 Mhz bis 1 Ghz. In diesem Frequenzbereich findet keine Absorption durch Wasser- und Regentropfen statt, wodurch die Messungen durch Wolken und Regen nicht gestört werden.
Am häufigsten kommen derzeit gepulste Radargeräte, die nach dem
Verfahren des so genannten "Doppler Beam Swinging" arbeiten, zum Einsatz.
Bei diesem Verfahren werden in mindestens drei bzw. auch fünf verschiedenen
Strahlrichtungen elektromagnetische Impulse ausgesandt, die an turbulenten Inhomogenitäten
des Brechungsindexfeldes der Atmosphäre gestreut werden. Die rückgestreuten
Wellen erfahren dabei in Abhängigkeit von der durch den Wind bestimmten
Bewegung der turbulenten Strukturen eine Frequenzverschiebung (Dopplereffekt),
so dass aus der Analyse des rückgestreuten Signals die radiale Windgeschwindigkeit
für jede Strahlrichtung ermittelt werden kann.
Durch Kombination der Radialgeschwindigkeiten von drei oder fünf Strahlrichtungen
kann schließlich der dreidimensionale Windvektor berechnet werden. Die
erforderliche Höhenzuordnung ergibt sich aus der Laufzeit des elektromagnetischen
Signals.
Der vertikale Messbereich, insbesondere die maximal erreichbare Messhöhe
wird in erster Linie durch die Betriebsfrequenz der Systeme vorgegeben und variiert
zwischen 0,2 und 3 km (Grenzschichtwindprofiler) bzw. 0,5 und 16 km (Troposphärenwindprofiler).
Allerdings liegt die Höhenauflösung wegen der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit
nur bei ca. 100 m.
Windprofiler-Radargeräte können mit Schallquellen zu einem Radio-Akustischen-Sondierungs-System
(RASS) zur Messung der Temperatur ergänzt werden. Die ausgesandten akustischen
Wellen erzeugen künstliche Inhomogenitäten im Brechungsindexfeld,
die sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten. Durch das Windprofiler-Radar
lässt sich nun, analog zur Messung des Radialwindes, die Schallgeschwindigkeit
bestimmen und aus dem physikalischen Zusammenhang zwischen Schallgeschwindigkeit
und Temperatur das vertikale Temperaturprofil ableiten.
Die vertikale Reichweite ist hierbei auf Grund der starken Schwächung der
akustischen Signale jedoch deutlich geringer als bei der Windmessung. Je nach
System werden im allgemeinen Messhöhen von 0,2 - 1 km (Grenzschichtwindprofiler)
bzw. 0,5 - 4 km (Troposhärenwindprofiler) erreicht.
Troposphären-Windprofiler
Quelle: http://www.dwd.de/de/FundE/Observator/MOL/mol1/aktiv/TWP15.htm |
Windprofiler vermögen die für den Flugverkehr gefährlichen Scherwinde beim Landeanflug sowie CAT-Bereiche (Clear Air Turbulence, starke Turbulenz in der Nähe der Strahlströme, nicht mit Wolkenbildung verbunden, daher für das Auge nicht erkennbar) in der oberen Troposphäre zu erfassen. Auch nächtens ziehende Zugvogelschwärme werden erfasst und beeinträchtigen die Messung. Die Genauigkeit von Windprofilern entspricht der von Radiosonden.
Auf Grund der unbemannten und von den meteorologischen Bedingungen nahezu unabhängigen Messungen avancieren Windprofiler weltweit zu einer wichtigen Komponente im aerologischen Messnetz.
Weitere Informationen:
Aktives Mikrowellengerät, das über mehrere Antennen (meistens 3) mit unterschiedlichen Blickrichtungen zur Flugrichtung die Wasseroberfläche mit Radarpulsen bestrahlt und dann die rückgestreute Radarintensität, eine Funktion der kurzskaligen Rauhigkeit der Wasseroberfläche und damit der Windgeschwindigkeit, misst. Auf den europäischen Fernerkundungssatelliten ERS-1 und -2 befindet sich ein solches Windscatterometer, das in Auflösungszellen von 50 x 50 km in einem 500 km breiten Streifen rechts zur Satellitenlaufbahn die Windgeschwindigkeit in Betrag und Richtung misst. Auch der künftige METOP besitzt mit ASCAT ein Windscatterometer.
Engl. Akronym für World Ocean Circulation Experiment, das zwischen 1990 und 1998 von 30 Staaten durchgeführte Weltozean-Zirkulationsexperiment; mit seinen bislang nicht vorgenommenen in-situ- und Satellitenbeobachtungen der Weltmeere bildete es das maritime Kernvorhaben des Weltklimaforschungsprogramms (WCRP) mit den Zielen
Zur Erfüllung dieser Forderungen wurden ein umfangreiches globales Meßprogramm entworfen sowie international koordinierte Modellentwicklungen und numerische Experimente vorgenommen.
Die Hauptziele des WOCE wurden im wesentlichen erreicht. Darüber hinaus wurden nicht vorhergesehene Prozesse im Periodenbereich von Jahren bis zu Jahrzehnten neu entdeckt. Die dafür verantwortlichen Mechanismen müssen allerdings noch aufgeklärt werden. Diese Aufgabe bildet den Kern des Vorhabens "Climate Variability und Predictability" (CLIVAR) innerhalb des Weltklimaforschungsprogramms. Dabei wird u.a. angestrebt, während der kommenden Dekade hinreichende Grundlagen für kurz- (< 1 Jahr) und mittelfristige (einige Jahre bis Dekaden) Klimavorhersagen zu schaffen.
Weitere Informationen: WOCE - Startseite (NOAA, NODC)
Sichtbares Produkt der Kondensation bzw. Deposition von Wasserdampf in der Atmosphäre. Sie bilden sich als Ansammlung von kleinen, teils unterkühlten Wassertröpfchen (Wasserwolken), von Eiskristallen (Eiswolken) oder beidem (Mischwolken), deren Tropfenfallgeschwindigkeit so gering ist, dass sie in der Schwebe gehalten werden. Die Höhe, bei der Kondensation bzw. Deposition eintritt, bezeichnet man als Wolkenbasis oder Wolkenuntergrenze. Diese wird heute in der Regel mit einem Ceilometer bestimmt.
Für die meisten Klimaregionen sind bestimmte Wolkenarten charakteristisch. Sie sind typische Kennzeichen der jeweiligen Wetterlage und Vorzeichen für die künftige Wetterentwicklung. Um die Beobachtung von Wolken international vergleichbar zu machen, hat man schon früh ein einheitliches Klassifikationssystem entwickelt (Howardsche Wolkenklassen).
Wolkenteilchen (Wolkentropfen oder Eiskristalle) entstehen durch Abkühlung feuchter Luft aufgrund von Hebung oder Mischung verschieden feuchter Luftmassen bis Kondensation bzw. Deposition eintritt. Initiale Wolkenteilchen entstehen in der Atmosphäre durch die Anlagerung von Wasserdampf an Kondensationskernen oder Gefrierkernen. Der Gesamtwasser- bzw. Eisgehalt einer Wolke ist von der Lufttemperatur, dem verfügbaren Wasserdampf und der Hebungsgeschwindigkeit abhängig (Wassergehalt der Wolken).
Wolken stellen bei der Bildung von Niederschlag aus Wasserdampf eine entscheidende Zwischenstufe im Wasserkreislauf dar.
Mit einem globalen Bedeckungsgrad von ca. 66% spielen Wolken im gesamten Energiehaushalt der Erde eine wichtige Rolle. Über den Albedo- und Treibhauseffekt modulieren Wolken den Strahlungshaushalt der Erde (Cloud Forcing). Durch Prozesse wie Verdunstung und Kondensation und den damit einhergehenden Transporten von Frischwasser und latenter Wärme spielen Wolken im globalen Wasserkreislauf und Wärmehaushalt eine zentrale Rolle. Die von den Wolken freigesetzte Kondensationswärme beeinflusst die atmosphärischen Zirkulationszellen, die wiederum mit dem Ozean wechselwirken (z. B. ENSO). Wolken wirken als Teil des Klimasystems somit auf dieses ein, werden aber auch umgekehrt vom Klima und seinen Veränderungen beeinflusst.
Quelle: http://www.carleton.edu/departments/geol/DaveSTELLA/climate/climate_modeling_1.htm |
Wolken prägen entscheidend die Strahlungsbilanz der Erde. Durch ihr hohes Reflexionsvermögen im solaren Spektralbereich wird solare Strahlung zu einem Teil direkt in den Weltraum zurückgestreut und steht damit dem System Erdboden und Atmosphäre nicht mehr zur Verfügung (Albedoeffekt). Im terrestrischen Spektralbereich verhalten sich Wolken nahezu wie ein Schwarzer Körper. Die vom Erdboden nach oben gerichtete terrestrische Strahlung wird von den Wolken absorbiert, gleichzeitig emittieren die Wolken selbst langwellige Gegenstrahlung entsprechend der Temperatur der Wolkenuntergrenze in Richtung Erdboden. An der Wolkenobergrenze wird ebenfalls langwellige Strahlung in Richtung Weltall emittiert. Wolken tragen damit sowohl zur Abkühlung bzw. Erwärmung des Bodens und der Atmosphäre bei. Das Ergebnis der Bilanzierung beider Effekte hängt von der Höhe der Wolken, ihrer Dicke und ihren Strahlungseigenschaften ab. Diese wiederum werden von der Verteilung des Wasserdampfes, von den Wassertropfen und Eispartikeln sowie von den atmosphärischen Aerosolen beeinflusst.
Hohe, dünne Zirruswolken führen zu einer Nettoerwärmung des gesamten Systems. Ihre geringe optische Dicke bedingt eine hohe Transmissivität für die einfallende Solarstrahlung (geringer Albedoeffekt). Im langwelligen Spektralbereich sind sie stark absorbierend und emittieren dem Gesetz von Kirchhoff folgend terrestrische Strahlung. Aufgrund ihrer Lage in großer Höhe weisen sie niedrige Temperaturen sowohl an ihrer Unterseite als auch an ihrer Oberseite auf. Daher ist die zum Boden gerichtete Gegenstrahlung vergleichsweise gering. Auch die nach oben gerichtete Ausstrahlung ist verglichen mit dem wolkenlosen Fall klein (hoher Treibhauseffekt). Die Bilanz beider Effekte führt zu einer Nettoerwärmung.
Tiefe, dicke Wolke tragen zu einer Abkühlung bei. Diese Wolken haben nur eine geringe Transmissivität für die kurzwellige Einstrahlung (hoher Albedoeffekt), sind aber verhältnismäßig warm und strahlen somit im langwelligen Spektralbereich viel Energie aus (geringer Treibhauseffekt), was in der Summe zu einer Abkühlung führt. In der globalen Bilanz beider Effekte, Abkühlung und Erwärmung, liegen sie nah beieinander, insgesamt überwiegt allerdings der Effekt der Abkühlung.
Obwohl die Wolken so wichtig für das Klima und dessen Verständnis sind, ist die Kenntnis ihrer Eigenschaften noch gering. Auch deshalb stellt der IPCC-Bericht von 2001 (Stocker et al., 2001) fest, dass Wolken weiterhin die größte Quelle an Unsicherheit bei der korrekten Beschreibung des Klimas sind.
Weitere Informationen:
Wolken beeinflussen maßgeblich die Energiebilanz und damit das Klima der Erde. Der genaue quantitative Einfluss der Wolken auf das Klima ist mit erheblichen Unsicherheiten behaftet, was auch zu Unsicherheiten in heutigen Klimamodellen führt. Wolken sind ein Vehikel im hydrologischen Zyklus, transportieren Wasser und bringen Niederschlag. Sie sind räumlich und zeitlich sehr variabel, weshalb die Satellitenfernerkundung das beste Instrumentarium zur großflächigen bis globalen Erfassung von Wolkeneigenschaften bereit stellt.
Die Fernerkundung von Wolken ist für die Meteorologie und die Klimaforschung von herausragender Bedeutung.
Die ersten meteorologischen Satelliten hatten fast ausschließlich die Aufgabe, eine flächendeckende und globale Übersicht über die Verteilung und auch Bewegung von Wolkensystemen zu geben. Die Lage von Wetterfronten konnte so unter anderem besser analysiert werden. Die quantitative Analyse von Wolkeneigenschaften war allerdings zunächst nicht oder kaum möglich. Mit der technischen Entwicklung wuchsen Bedeutung und Möglichkeiten der Fernerkundungssysteme und heute sind die Methoden zur physikalischen Analyse von Wolken vom Erdorbit aus dank komplexer Sensorik recht umfangreich. Dabei kommen fast ausschließlich optische Systeme in Frage. Der Mikrowellen-Fernerkundung sind lediglich makroskopische Hydro- und Kryometeore in Wolken, also der flüssige und feste Niederschlag zugänglich.
Alle Nutzer von satellitengestützten optischen Fernerkundungsdaten müssen sich auf die eine oder andere Weise mit Wolken beschäftigen. In der Meteorologie und Klimaforschung ist man direkt an physikalischen Wolkenparametern interessiert, aber auch Eigenschaften der Erdoberfläche oder die Konzentration von atmosphärischen Spurengasen wie Ozon sind von Interesse, wobei Wolken stören. Wolken spielen also insofern eine Doppelrolle, als sie entweder Objekt des Interesses oder aber Störquellen sind. Viele Wolkenparameter können nur vernünftig aus vollständig und nicht nur teilweise bewölkten Messungen (gemessen werden Strahldichten) abgeleitet werden. Für die Berechnung vieler Oberflächenparameter dagegen braucht man sicher wolkenfreie Strahldichten. Bei Sensoren mit sehr grober räumlicher Auflösung müssen allerdings auch die Wolkenparameter meist aus teilbewölkten Strahldichten abgeleitet werden, da der Anteil der eindeutig bewölkten und auch der eindeutig wolkenfreien Messungen mit abnehmender Auflösung immer kleiner wird.
Die Analyse von Satellitendaten hinsichtlich Wolken gliedert sich daher in der Praxis in zwei Phasen. In der ersten Phase, dem so genannten „cloud clearing“ werden die Einzelsignale auf ihre Kontamination mit Wolken sowie deren Umgebung auf die räumliche Verteilung der Bewölkung hin überprüft. Diese Wolkenidentifikation enthält auch zum Beispiel die mitunter schwierige Unterscheidung von Wolken gegenüber Schnee oder direktem Sonnenreflex, also gegenüber Objekten, die zumindest in einem spektralen Bereich ähnliche Eigenschaften wie Wolken aufweisen können. Durch das „cloud clearing“ werden die Wolken einerseits als Störquellen möglichst vollständig erfasst, andererseits ist diese erste Phase wegen der dabei erzielten Vorklassifikation des Bewölkungsstatus die Voraussetzung für die Ableitung von physikalischen Parametern von Wolken, der Erdoberfläche oder der übrigen Atmosphäre. In der zweiten Phase werden dann Methoden zur quantitativen Ableitung der physikalischen Parameter unter Berücksichtigung des jeweiligen Bewölkungsstatus angewandt.
Weitere Informationen:
Gerät zur Messung der Wolkenhöhe, wobei ein Scheinwerfer senkrecht nach oben strahlt und an der Wolkenuntergrenze einen Lichtfleck bildet, der vom Boden aus mittels Pendelquadranten anvisiert wird. Aus der horizontaler Entfernung zwischen Beobachter und Wolkenscheinwerfer (meist 200 m) und dem gemessenen Winkel wird die Höhe der Wolkenuntergrenze berechnet. Heute sind Wolkenscheinwerfer weitgehend durch Ceilometer ersetzt.
Die Angabe der Wolkentemperatur ist abhängig von der Art der Messung. Gewöhnlich erfolgt die Temperaturmessung nicht in situ, sondern mit Fernerkundungsverfahren. Zusätzlich sind die Wolken uneinheitlich temperiert: gewöhnlich kälter an der Obergrenze und wärmer and der Untergrenze. Folglich sind die Werte für Wolken, deren Temperatur vom Weltall aus gemessen wird, gewöhnlich niedriger, als die, die vom Boden aus gemessen werden.
Weitere Informationen: Clouds on Infrared Imagery
Syn. Wolkenbasis; die Höhe des tiefsten Punktes einer Wolke
über dem Erdboden. Sie wird in Metern über Grund gemessen. Die genaue
Beobachtung und Vorhersage der Höhe der Wolkenuntergrenze ist speziell
für den Sichflugverkehr besonders wichtig. Die Höhe kann mittels Wolkenscheinwerfer
(veraltet) oder Ceilometer (Laufzeitmessung
eines Licht- oder Radarimpulses) gemessen werden; in den Bergen ist die Bestimmung
der ungefähren Höhe an bekannten Punkten der Topographie möglich.
Auch aus der Steigzeit von Pilotballonen kann die Wolkenuntergrenze bestimmt
werden, wenn die Steiggeschwindigkeit bekannt ist. Die Basis von Cumulus-Wolken
kann auch aus der Taupunktsdifferenz bestimmt werden.
In der internationalen Luftfahrt wird die Wolkenuntergrenze in Fuß (ft)
angegeben: 100ft = 30,5m. Neben der Sichtweite ist die Höhe der Wolkenuntergrenze
auch für den Instrumentenflug ein wichtiges flugmeteorologisches Element.
Sie ist entscheidend dafür, ob ein Start bzw. eine Landung und damit ein
Flug überhaupt möglich sind. Die Wolkenuntergrenze ist in ihrer Struktur
sehr unterschiedlich; es können auch kurzzeitig größere Schwankungen
auftreten. Tiefliegender Stratus oder Hochnebel hat meist eine diffuse Untergrenze.
Cumulus hingegen haben eine glatte Untergrenze (=Kondensationsniveau); ihre
Höhe weist nur Schwankungen im Tagesgang auf. Bei stärkerem und anhaltenden
Niederschlag bilden sich unter der Wolke durch Verdunstung der fallenden Regentropfen
Wolkenfetzen (stratus fractus) mit einem Bedeckungsgrad von 4 bis 7/8 und schwankenden
Untergrenzen. Der Tagesgang der Höhe der CU-Wolkenuntergrenze hängt
von der Jahreszeit (Ausmaß der Einstrahlung) und der Stabilität der
Schichtung ab. Das Ansteigen der CU-Basis über die Mittagszeit ist auf
die Vergrößerung der Taupunktsdifferenz (Spread) infolge der Erwärmung
durch die Sonneneinstrahlung zurückzuführen. Nachts tritt der gegegenteilige
Effekt auf: Die nächtliche Abkühlung infolge Ausstrahlung verringert
den Spread, die Basis sinkt ab.
Von internationalen Organisationen getragenes Programm zur Erforschung des Weltklimas. Die in diesem Rahmen ablaufenden Studien befassen sich auch mit den Einzelkomponenten des Klimasystems Atmosphäre, Ozeane, Kryosphäre, Landoberfläche. Fernerkundung liefert hierzu wesentliche Beiträge.
Weitere Informationen:
Beim Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) des DLR angesiedeltes Zentrum für Fernerkundungsdaten der Atmosphäre. Vorrangiges Ziel des WDC-RSAT ist die Bereitstellung von Daten und Informationen aus vorwiegend satellitenbasierten Messungen über atmosphärische Spurengase, Wolken und die Erdoberfläche.
Weitere Informationen: WDC-RSAT (DLR)
Integriertes Wetterbeobachtungssystem der WMO, das Daten aus Weltraum, Atmosphäre, von Land und Ozean zusammenführt. Die Daten (in situ und FE) entstammen einer Vielzahl von Plattformen, die operationell oder für Forschungszwecke genutzt werden.
Weitere Informationen:
Kommerzieller Erdbeobachtungssatellit der Firma Ball Aerospace (USA). Er wurde am 18. September 2007 von der Vandenberg Air Force Base mit einer Delta-II-Rakete gestartet.
WorldView-1 liefert aus einer Höhe von 496 km panchromatische Bilder in einer Auflösung von 0,5 m. Zusätzlich ist der dreiachsenstabilisierte Satellit und die Datenauswertung darauf ausgelegt, Änderungen in einem Gebiet gegenüber vorherigen Aufnahmen bzw. Stereobilder einer Region aufzunehmen. Vertrieben werden die Bilder in Zusammenarbeit mit der Firma DigitalGlobe, welche mit Quickbird schon einen Satelliten für ähnliche Aufgaben betreibt.
Der im Oktober 2009 gestartete WorldView-2 verfügt zusätzlich über die Möglichkeit, multispektrale Bilder in acht Spektralbereichen mit einer Auflösung von 1,8 m aufzunehmen.
Kommerzieller Erdbeobachtungssatellit der Firma Ball Aerospace (USA). Er wurde am 8. Oktober 2009 von der Vandenberg Air Force Base mit einer Delta-II-Rakete gestartet.
WorldView-2 liefert aus einer Höhe von 770 km Bilder in einer Auflösung von 0,5 m (panchromatisch) und im Multispektralmodus in acht Spektralbereichen mit einer Auflösung von 1,8 m.
Zusätzlich ist der dreiachsenstabilisierte Satellit und die Datenauswertung darauf ausgelegt, Änderungen in einem Gebiet gegenüber vorherigen Aufnahmen bzw. Stereobilder einer Region aufzunehmen. Vertrieben werden die Bilder in Zusammenarbeit mit der Firma DigitalGlobe, welche mit Quickbird und WorldView-1 bereits weitere Satelliten für ähnliche Aufgaben betreibt. Digital Globe ist seinerseits Teil der sogenannten WorldView Global Alliance, einer kommerziellen Pratnerschaft zwischen den Unternehmen European Space Imaging (EUSI), Space Imaging Middle East und Digital Global. EUSI betreibt in Kooperation mit dem DLR die Empfangsanlage European Direct Access Facility (EDAF). Diese Anlage ermöglicht es Satellitenbildnutzern in Europa über eine direkte Datenverbindung zeitnah aktuelle Aufnahmen von WorldView-1 und WorldView-2 zu bestellen.
Weitere Informationen:
Aerosole bestehend aus Mineralien aus ariden und semiariden Gebieten, die sowohl Sonnenlicht absorbieren, wie auch Sonnenlicht streuen. Durch die Absorption erwärmen die Partikel die Atmosphärenschichten, in denen sie sich befinden. Von dieser warmen Luft wird angenommen, dass sie die Bildung von Sturmwolken hemmt. Wüstenstaub ist auch eine Nährstoffquelle für viele weit entfernte Gebiete.
Weitere Informationen:
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