Lexikon der Fernerkundung

Hurrikan

Vom indianischen Wort "aracán" abgeleitet; tropischer Wirbelsturm als stärkste Variante tropischer Zyklonen. Diese Stürme werden anhand der Saffir-Simpson-Hurrikan-Windskala in Intensitätsstufen eingeteilt.

Hurrikane treten im Bereich Nordatlantik-Karibik-Golf von Mexiko-Nordostpazifik auf. Sie entstehen meist im Bereich von 8-30° N. Voraussetzungen für die Bildung sind großflächig auftretende Wassertemperaturen von mindestens 27 °C, eine starke Feuchteanreicherung der Luft, eine Anfangsstörung in der unteren Troposphäre (tropische Depression), die sich über einen tropischen Sturm in einen Hurrikan verwandelt, sowie eine schwache vertikale Änderung des Windes in Richtung und Stärke und eine benachbarte Antizyklone, die das Ausströmen von Luft aus dem Hurrikan in der obere Troposphäre fördert.

Die Hurrikansaison reicht in Abhängigkeit von den Wassertemperaturen und der allgemeinen Zirkulation von Juni bis November mit einem deutlichen Maximum im September. Hurrikane ziehen nach ihrer Entstehung nach W bis NW und in Einzelfällen über Mittelamerika hinweg zum Pazifik. Die Zuggeschwindigkeit ist mit meist 5-20 km/h sehr gering. Häufig erfolgt bereits im Bereich der Großen Antillen ein Umlenken nach N bis NW. Hurrikane wandeln sich in gewöhnliche Tiefdruckgebiete um, wenn sie sich nördlich von 30-35° N befinden oder mit Übertritt auf Land, wobei verheerende Niederschläge und Überschwemmungen auftreten können.

Hurrikane sind hinsichtlich Entstehung, Stärke, Zugbahn und Katastrophenmonitoring ein ideales Einsatzfeld für Fernerkundungsverfahren.

GOES-13 Sees Life and Death of Hurricane Sandy GOES-13 Sees Life and Death of Hurricane Sandy

Diese aus Satellitenbildern erstellte Animation zeigt den Lebenslauf des Hurrikans Sandy von seiner Entstehung über der Karibik am 21. Oktober 2012 über seine Zugbahn zur amerikanischen Ostküste bis zu seinem Übertritt auf das Festland. Die Animation reicht bis zum 31. Oktober als Sandy bereits abgeschwächt und zu einem 'normalen' Tiefdruckgebiet geworden war.

Zwei Kommentare auf der NASA-Seite:

On Nov 5, 2012 6:59 PM Guest wrote:

"Until seeing this video I really did not comprehend the enormity of this storm."

On Nov 3, 2012 2:20 PM Guest wrote:

"thank you for this i was able to see the hurricane that destroyed my aunts house"

Quelle: NASA (GOES Project) / NASA EO

Die Messung der Windgeschwindigkeiten ist für die Einstufung dieser Stürme und die Katastrophenvorsorge von entscheidender Bedeutung. Während bodengestützte Messungen wichtige zeitnahe Beobachtungen liefern, ermöglichen weltraumgestützte Messungen eine konsistente globale Abdeckung und liefern wichtige Beobachtungen über den Ozeanen, wo sich tropische Stürme häufig entwickeln und verstärken.

Windmessung aus dem Weltraum

Zu den traditionellen Methoden zur Windmessung aus dem Weltraum gehören der Einsatz von Radarscatterometern und optischen Bildgebern. Operative Vorhersagen und Warnungen zu tropischen Stürmen werden von nationalen und regionalen Wetterdiensten herausgegeben, die sich auf eine Vielzahl von Beobachtungen und Modellen stützen. In den letzten Jahrzehnten wurden neuartige Methoden zum Verständnis von Winden entwickelt, darunter der Einsatz von Radargeräten, Lidars und Mikrowellenbildgebern. Im Rahmen ihrer Earth Explorer- und Third Party Missions-Missionen stellt die ESA ergänzende Satellitendaten in wissenschaftlicher Qualität zur Verfügung, die die globale Abdeckung erweitern und das Verständnis von Sturmprozessen vertiefen und so zur Entwicklung eines umfassenderen Vorhersagesystems beitragen.

Die SMOS-Mission (Soil Moisture and Ocean Salinity) der ESA ist mit dem Instrument MIRAS (Microwave Imaging Radiometer using Aperture Synthesis) ausgestattet, das im L-Band bei einer Frequenz von 1,41 GHz Bilder aufnimmt. Seit 2018 bietet die ESA den SMOS-Winddatendienst an, der aus den SMOS-Helligkeitstemperaturmessungen die Oberflächenwindgeschwindigkeit über dem Ozean ableitet – ein Parameter, der den Salzgehalt, die Temperatur und die Rauheit der Meeresoberfläche berücksichtigt. Bei sehr starken Winden liefert das SMOS-L-Band-Radiometer wertvolle Informationen über den Zustand der Meeresoberflächenschicht, da sein Signal nicht gesättigt ist und weniger empfindlich auf Regen reagiert. Daher bieten die SMOS-Winddaten nützliche ergänzende Beobachtungen zu denen herkömmlicher Sensoren.

SMOS bietet drei Windprodukte an:

C-Band-Synthetic-Aperture-Radar (SAR)-Daten, wie sie beispielsweise von Copernicus Sentinel-1 und RADARSAT bereitgestellt werden, können ebenfalls zur Ableitung der Windgeschwindigkeit tropischer Stürme verwendet werden. So liefern beispielsweise Sentinel-1-Level-2-Produkte gerasterte Schätzungen der Oberflächenwindgeschwindigkeit und -richtung (Ocean Wind Field) sowie zweidimensionale Ozeanwellen-Spektren, die Windinformationen enthalten (Ocean Swell Spectra). RADARSAT-Daten sind über das Third Party Missions Programme der ESA zugänglich und im RADARSAT-1 and -2 Full Archive and Tasking sowie im ESA Archive of RADARSAT-2 verfügbar.

Darüber hinaus wurde der CryoSat-Satellit der ESA zwar zur Überwachung des Polareises entwickelt, doch sein Radarhöhenmesser trägt – wie auch die Radarhöhenmesser anderer Missionen – zur Erstellung ozeanografischer und meteorologischer Produkte bei, darunter auch Winddaten. Durch die Messung der Rauheit der Meeresoberfläche ermöglichen diese Instrumente die Ableitung von Windgeschwindigkeitsschätzungen.

Zusammen liefern diese Instrumente eine nahezu Echtzeit-Darstellung der Winde an der Meeresoberfläche und bilden damit die Grundlage für das Verständnis und die Vorhersage des Verhaltens tropischer Stürme.

Profilerstellung der Struktur von Stürmen

Der Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer  (EarthCARE), eine gemeinsame Mission der ESA und der japanischen Weltraumagentur JAXA, liefert neue Erkenntnisse über die vertikale Struktur tropischer Stürme. Zusammen geben sein Wolkenprofilradar und sein Multispektralbildgeber Aufschluss über die Höhe, Zusammensetzung und Schichtung von Wolken innerhalb von Sturmsystemen und tragen so zu unserem Verständnis der Struktur von Stürmen bei.

Die folgende Abbildung zeigt ein vertikales Profil des Taifuns Ragasa, das vom Cloud Profiling Radar (CPR) auf EarthCARE erfasst wurde, als der Satellit am 22. September 2025 über ihn hinwegflog. Das CPR ist in der Lage, die innere Struktur von Wolken, wie Partikel und Wassergehalt, zu messen. Tiefere Rottöne zeigen dichtere Bereiche der Wolke an. Der Multispektral-Imager liefert auch Hintergrundinformationen zu den CPR-Daten und erfasst die Sturmwolken in Blau in einem Streifen entlang der Bildmitte.

Vertikales Profil des Taifuns Ragasa,
erfasst vom Cloud Profiling Radar (CPR) auf EarthCARE Vertikales Profil des Taifuns Ragasa, erfasst vom Cloud Profiling Radar (CPR) auf EarthCARE Quelle: ESA

Die Aeolus-Mission der ESA war die erste Satellitenmission, die mit ihrem Doppler-Windlidar ALADIN Profile der Winde auf der Erde auf globaler Ebene erfasste. Obwohl die Mission im Juli 2023 endete, stellt die ESA weiterhin Aeolus-Daten in ihrer Phase F zur Verfügung, deren Ziel es ist, die Qualität der Produkte zu verbessern und die neuesten algorithmischen Entwicklungen zu integrieren. Die Daten sind für die Verwendung in Numerischen Wettervorhersagemodellen (NWP) und für die atmosphärische wissenschaftliche Forschung vorgesehen.

Aufbauend auf Aeolus hat die ESA die Mission Wind Velocity Radar Nephoscope (WIVERN) als elften Earth Explorer ausgewählt. WIVERN soll diese Fähigkeit auf das Zentrum von Sturmsystemen ausweiten. Mit einem konisch scannenden Doppler-Radar wird WIVERN die ersten globalen Beobachtungen von Winden innerhalb von Wolken liefern. In Verbindung mit Niederschlags- und Wolkenprofilen würden diese Beobachtungen einen Durchbruch für das Verständnis und die Modellierung tropischer Stürme darstellen.

Zusammen markieren EarthCARE, Aeolus und WIVERN einen Wandel von der Beobachtung von Winden an der Oberfläche hin zur Kartierung ihrer vollständigen dreidimensionalen Struktur – vom Ozean bis zur Wolkenobergrenze.

Weitere Informationen:

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