Albedo
Engl. albedo, reflectance, franz. albédo; generell die Bezeichnung für das Reflexionsvermögen (Rückstrahlvermögen) eines Körpers, bzw. einer Oberfläche. Sie beschreibt den prozentualen Anteil an diffus reflektierter Strahlung beim Auftreffen auf eine nicht selbst leuchtende und nicht spiegelnde Fläche. Häufig werden auch Werte zwischen 0 und 1 verwendet. Ein Wert von 0 bedeutet keine Rückstrahlung, 1 perfekte Rückstrahlung. Die Albedo kann sich auf das ganze Spektrum oder nur auf das sichtbare Licht beziehen.
Die Albedo eines Körpers bestimmt auch sein Temperaturverhalten. Körper mit hoher Albedo reflektieren gut, absorbieren aber schlecht. Temperaturänderungen sind dabei klein und langsam. Körper mit geringer Albedo sind schlechte Reflektoren und absorbieren gut, ihre Temperatur ändert sich schnell und stark, z.B. durch Bestrahlung mit Sonnenlicht.
Die durchschnittliche planetarische Albedo der Erde liegt bei ca. 0,31, was bedeutet, dass ungefähr 31 % des einkommenden Sonnenlichts in das Weltall zurückgestrahlt wird.
Albedowerte für ausgewählte Landschaften wie Gletscher, Meer und Waldgebiet  Quelle: ESKP |
Die Albedo ist abhängig von der Art und Beschaffenheit der bestrahlten Fläche sowie vom Spektralbereich der eintreffenden Strahlung. Insbesondere unterscheidet sich die Albedo einer Oberfläche für kurz- und langwellige Strahlung erheblich.
| kurzwellige Albedo | langwellige Albedo | ||
|---|---|---|---|
| Neuschnee | 70-95 % | Sand | 10 % |
| tiefes Wasser bei tiefstehender Sonne | 80 % | Wolken | 10 % |
| Dünensand | 30-60 % | Ackerboden, brach | 8 % |
| Ackerboden, brach | 7-17 % | Wasser | 4 % |
| Tropischer Regenwald | 10-12 % | Rasen | 1,5 % |
| Laubwald | 15-20 % | Schnee | 0,5 % |
| landwirtschaftliche Kulturen | 15-25 % | ||
| tiefes Wasser bei hochstehender Sonne | 3-10 % | ||
Der Begriff Albedo wird i.a. für einen breiten Wellenlängenbereich verwendet, während der Begriff Reflektivität für monochromatische Strahlung bevorzugt wird. Albedo wird in verschiedenen Zusammenhängen mit unterschiedlichen Bedeutungen verwendet:
In der Fernerkundung wird mit dem Begriff Albedo meist das Reflexionsvermögen der Erdoberfläche bzw. einer bestimmten Oberfläche beschrieben. In diesem Zusammenhang wird oft von spektraler Albedo gesprochen, wenn Werte für unterschiedliche Wellenlängen bekannt sind. Albedo bezeichnet oft aber auch das Reflexionsvermögen des Systems Erde/Atmosphäre (oder eines anderen nicht selbst leuchtenden Himmelskörpers) als Ganzes.
In der Photogrammetrie und Fernerkundung ist die Albedo der offenen und bewachsenen Erdoberfläche sowie der darauf befindlichen Objekte während der Bildaufnahme die radiometrische Grundlage der visuellen oder automatischen Bildsegmentierung, Bildinterpretation, Bildanalyse und photogrammetrischen Bildauswertung.
Der MODIS-Sensor an Bord des Satelliten Terra sammelt die detailliertesten und genauesten Messungen, die jemals zu den weltweiten Albedowerten gemacht wurden. Der MODIS hilft den Wissenschaftlern beim Verständnis des Einflusses unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit auf einerseits kurzfristige Wettermuster und andererseits auf langfristige Klimatrends.
Die folgende Grafik veranschaulicht die globale Albedo mit Hilfe von MODIS-Daten. Die Farben heben die Albedo über den Landflächen hervor. Auf einer Skala von 0 bis 0,4 stehen die roten Flächen für die reflexionsstärksten Gebiete; gelb und grün sind mittlere Werte; blau und violett symbolisieren relativ dunkle Oberflächen. Weiß repräsentiert Gebiete, für die keine Daten verfügbar sind. Für die Ozeanflächen wurden keine Albedowerte erhoben. Das Bild ist eine Kompositdarstellung mit den Werten einer 16-Tage-Periode (7.-22.4.2002).
| Darstellung der globalen Albedo mit Hilfe des MODIS-Sensors  Quelle: NASA |
Eine Reihe von Missionen liefert die multispektralen, hyperspektralen und Radardaten, die zur Ableitung oder Validierung von Albedo-Produkten verwendet werden. Die unten aufgeführten Missionen veranschaulichen die Bandbreite der Sensoren, die zu globalen Albedo-Aufzeichnungen beitragen, von langfristigen optischen Bildgebern wie Landsat und MODIS bis hin zu modernen Konstellationen wie Sentinel-2 und der RADARSAT-Serie.
Relevante Satellitenmissionen
| Landsat 7, 8, 9 | Das Instrument Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) an Bord von Landsat 7 ist ein Whiskbroom-Scanning-Radiometer, das Bilder in acht Bändern aufnimmt: vier im sichtbaren und nahen Infrarotbereich (VNIR), zwei im kurzwelligen Infrarotbereich (SWIR), eines im thermischen Infrarotbereich (TIR) und eines im panchromatischen Bereich (PAN). Mit diesem Multispektralbildgeber kann Landsat 7 Reflexionsdaten in jedem dieser vier Spektralbereiche erfassen. Landsat 8 wurde im Februar 2013 gestartet und soll thermische und multispektrale Bilder sammeln und die Datenkontinuität mit früheren Landsat-Missionen sicherstellen. Landsat 9 wurde im September 2021 mit denselben Missionszielen wie Landsat 8 gestartet. Landsat 8 ist mit dem Operational Land Imager (OLI) ausgestattet, einem Multispektralbildgeber mit mittlerer Auflösung. Ein identisches Instrument, OLI-2, wird von Landsat 9 zur Datenkontinuität mitgeführt. OLI und OLI-2 messen in Spektralbändern über Visible, VNIR und SWIR, wodurch die Erfassung von Reflexionsdaten zur Ableitung der Oberflächenalbedo ermöglicht wird. |
|---|---|
| Sentinel-2 | Die Sentinel-2-Konstellation ist mit dem Multispektralinstrument (MSI) ausgestattet, das Bilder in 13 Spektralbändern aufnimmt: vier im sichtbaren Bereich, fünf im nahen Infrarot (NIR), zwei im kurzwelligen Infrarot (SWIR) und je ein Band für die Erkennung von Wasserdampf und Zirruswolken. Als multispektrales Bildgebungsinstrument kann MSI zur Ableitung der Oberflächenalbedo verwendet werden, und seine Wasserdampf- und Zirruswolkenerkennungsfunktionen ermöglichen atmosphärische Korrekturen. |
| MODIS | Das Moderate-Resolution Imaging Spectrometer (MODIS) ist ein Instrument der NASA, das von den Satellitenmissionen Terra und Aqua mitgeführt wird. MODIS ist ein optomechanisches Bildspektralradiometer, das Bilder in 36 Spektralbändern liefert. Diese breite Spektralabdeckung ermöglicht die Ableitung von Albedo- und Reflexionsprodukten aus MODIS-Beobachtungen, wie z. B. Schnee- und Eisbedeckungsindizes sowie Vegetations- und Landoberflächenprodukte, die beide Reflexionsderivate sind. |
| AVHRR | Das Advanced Very High Resolution Radiometer ist ein Sechs-Kanal-Radiometer, das den sichtbaren, nahen Infrarot-, kurzwelligen Infrarot-, mittelwelligen Infrarot- und thermischen Infrarotbereich abdeckt. Die dritte Generation der AVHRR-Instrumente wird von MetOp-B und -C, Teil des gemeinsamen meteorologischen Betriebs-Satellitenprogramms der ESA/EUMETSAT (MetOp), und von der NOAA POES-Serie getragen. AVHRR liefert Messungen der Eis-, Schnee- und Vegetationsbedeckung unter Verwendung abgeleiteter Albedo- und Reflexionsprodukte aus seinen erfassten spektralen Beobachtungen. |
| Joint Polar Satellite System (JPSS) | Das Joint Polar Satellite System (JPSS) besteht aus vier Satelliten, wobei JPSS-1 (NOAA-20) und JPSS-2 (NOAA-21) im November 2017 bzw. 2022 gestartet wurden. Alle Satelliten sind mit dem Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) ausgestattet, einem multispektralen optomechanischen Sensor, der Bilder in 22 Bändern aufnimmt. Aufgrund ihrer breiten spektralen Abdeckung können VIIRS-Daten zur Erstellung von Reflektionsprodukten verwendet werden. |
| Sentinel-5 | Sentinel-5 besteht aus dem Ultraviolett-/Sichtbar-/Nahinfrarot-/SWIR-Instrument (UVNS) an Bord der Missionen des meteorologischen Betriebssatelliten der zweiten Generation A (MetOp-SG A). UVNS ist ein passives Pushbroom-Spektrometer, das einen breiten Spektralbereich abdeckt und somit Reflexionsdaten erfassen kann. Die Mission ermöglicht die operative Überwachung von Spurengaskonzentrationen, sodass ihre Daten auch für atmosphärische Korrekturen von Oberflächenreflexionsprodukten verwendet werden können. |
| RADARSAT Constellation Mission (RCM) | Die RADARSAT Constellation Mission (RCM) ist eine Konstellation von drei Satelliten, die von der Canadian Space Agency (CSA) entwickelt und betrieben wird. Die von den Satelliten gewonnenen C-Band-SAR-Beobachtungen (Synthetic Aperture Radar) können zwar nicht direkt die Albedo messen, aber die Daten zu den Oberflächeneigenschaften, wie z. B. das Vorhandensein von Schnee, Eis, Vegetation und topografischen Merkmalen, können zur Schätzung der Albedo oder zur Validierung und Korrektur von Reflektions- und Albedomodellen verwendet werden. |
| ALOS-2 ALOS-4 | Die Missionen 2 und 4 des Advanced Land Observing Satellite (ALOS) sind beide mit Versionen der Phased Array L-band SAR (PALSAR)-Instrumente ausgestattet. Beide PALSAR-Instrumente verwenden ein aktives Phased-Array-Antennenmodell, das sowohl herkömmliche Streifen- und Scan-Bildgebung als auch Spotlight-Beobachtungen ermöglicht. Diese Instrumente liefern Landklassifizierungsbeobachtungen, die zur Validierung und Korrektur bestehender Albedo- und Reflektionsschätzungsmodelle verwendet werden. |
| GCOM-C | Die Global Change Observation Mission for Climate (GCOM-C) ist eine Mission der japanischen Weltraumagentur JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), die mit dem Second Generation Global Imager (SGLI) ausgestattet ist. SGLI ist ein fortschrittlicher Mehrzweck-Imager, der sehr nahes Infrarot, kurzwelliges Infrarot und thermisches Infrarot erfasst. Der Spektralbereich des Instruments ermöglicht seine Verwendung zur Ableitung von Albedo und Reflexion, da thermische Bänder häufig in Albedo-Schätzalgorithmen verwendet werden. |
Weitere Informationen:
- Dark Snow Project (NASA Earth Observatory 28.10.2014)
- Albedo-Daten auf frei wählbarer Monatsbasis ab dem Jahr 2000 (NASA Earth Observatory)
- Measuring Earth’s Albedo (NASA Earth Observatory)
- Albedo (eoPortal)
- ALBEDO (NASA Earthdata)
ALADIN
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