Projekt:FE Auswerteverfahren 1/Wettersatelliten/Einführung
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Hinführung zum Thema
[Bearbeiten]Die Beobachtung der Erde aus dem Weltraum ist eine wichtige Grundlage für viele Bereiche des heutigen Lebens.
Präzise Wettervorhersagen für Flug- und Schiffverkehr, Beobachtungen von Klima und Erdoberfläche, sowie die Berechnung atmosphärischer, biologischer und hydrologischer Größen für den Umweltschutz, Katastrophenprävention und Katastrophenmanagement sind Beispiele, bei denen Daten von 
Erdbeobachtungssatelliten unerlässlich sind.
Der größte Teil der Anwendung von Erdbeobachtungssatelliten liegt jedoch im Bereich der Meteorologie. Dementsprechend werden viele Satelliten hinsichtlich Messystem und Umlaufbahn speziell auf hierfür relevante Größen ausgericht. Wettersatelliten haben sich vor allem in Gebieten bewährt, in denen eine Vorort - Beobachtung nicht möglich oder unangemessen teuer beziehungsweise aufwendig ist. Wie zum Beispiel über den Ozeanen. Wobei für die Meteorologie gerade die Bereiche der Ozeane sehr wichtig sind, da sie enormen Einfluss auf Klima und Wetter haben.
Wissenswertes
[Bearbeiten]1960 nimmt TIROS 1 (Television and InfraRed Observation Satellite) als erster experimenteller Wettersatellit seinen Dienst in der Erdumlaufbahn auf. Ausgerüstet mit einer Fernsehkamera liefert er Bilder der Erde aus dem All, die zur Beobachtung der Wolkendecke dienen sollen. Seitdem hat die Satellitentechnik eine rasante Entwicklung durchschritten.
Anstatt einer einfachen Fernsehkamera trägt heute jeder Satellit eine Vielzahl aufgabenspezifischer Messsysteme. Diese nehmen elektromagnetische Wellen auf und wandeln sie in Bilder oder Messwerte um, sodass sie verarbeitet werden können. Dabei sind die Messgeräte entsprechend ihrer Aufgabe auf unterschiedliche Wellenlängenbereiche ausgerichtet. Es wird zwischen passiven und aktiven Messsystemen unterschieden. Passive Messsysteme nehmen lediglich Wellen auf, die vom zu untersuchenden Körper ausgehen und verarbeiten diese. Dazu gehören zum Beispiel Fotographische Systeme und sogenannte Abtastsysteme (Scanner). Aktive Systeme hingegen senden selbst Wellen aus, sodass aus der Art der Reflektion Informationen über den untersuchten Körper gewonnen werden können. Zu dieser Gruppe gehören zum Beispiel die Lidar- und Radarsysteme. Im Rahmen dieses Projektes werden die einzelnen Messsysteme unter dem Punkt Satellitensysteme genauer beschrieben.
Aber nicht nur die Messsysteme haben sich weiterentwickelt. Auch in der Satellitentechnik selbst gab es große Fortschritte. Die Satelliten dienen lediglich als Träger für die Messgeräte. Trotzdem bringt die Weiterentwicklung auf diesem Gebiet viele Vorteile.
So konnten in den letzten Jahren sogenannte "Kleinsatelliten" entwickelt werden. Diese haben aufgrund ihrer geringen Größe wesentlich kürzere Entwicklungszeiten und deutlich niedrigere Kosten. Gerade für kurzfristige oder private Projekte sind diese Satelliten somit von großem Interesse. Weiterhin wird durch neue Technik und Materialien die Lebensdauer der Satelliten erhöht. Für große Projekte zahlen sich die Investitionen somit mehr aus und eine längere Versorgung mit Daten ist gewährleistet.
Ihrer Aufgabe angepasst können Satelliten sich geostationär oder polarumlaufend bewegen.
Geostationäre Satelliten befinden sich in ca. 35800 km Höhe über dem Äquator. Da sie sich mit der selben Winkelgeschwindigkeit um die Erde bewegen, mit der die Erde selbst sich dreht, stehen sie immer über einem festen Punkt der Erde, den sie beobachten. Ein Beispiel hierfür ist Meteosat. Satelliten dieser Art haben eine hohe zeitliche Auflösung. Sie liefern aller 30 Minuten ein Bild, ab Meteosat6 sogar aller 10 Minuten. Sie sind daher gut für die Beobachtung der zeitlichen Entwicklung von Wettersystemen geeignet. Da sie immer den selben Bildausschnitt beobachten, lassen sich Satellitenfilme erstellen, indem man die Bilder aneinander reiht.Veränderungen in einem bestimmten Gebiet können so sehr gut veranschaulicht werden. Die räumliche Auflösung ist mit 1 km bis 5 km allerdings deutlich schlechter als bei polarumlaufenden Satelliten.
Weiterhin deckt ein geostationärer Satellit nur etwa 2/5 der Erdoberfläche ab. Um die gesamte Erdoberfläche beobachten zu können, ist also ein internationaler Satellitenverbund nötig.
Polarumlaufende Satelliten bewegen sich in ca. 800 km Höhe auf Sonnensynchronen Bahnen um die Erde. Ein Umlauf dauert rund 100 Minuten. Somit können polarumlaufende Satelliten in ungefähr 12 Stunden einmal die komplette Erdoberfläche beobachten. Ihr Vorteil besteht in einer hohen räumlichen Auflösung von 100 m bis 1000 m, die sie im Gegensatz zu den geostationären Satelliten über dem Äquator sowie auch im Bereich der Pole gewährleisten können. Polarumlaufende Satelliten sind somit unerlässlich um weltweite Daten zu erheben. Ihr Nachteil liegt in der geringen Bildwiederholfrequenz. Durch ihre Bewegung um die Erde kann man nur etwa aller 12 Stunden den selben Bildausschnitt beobachten. Aber gerade in der Meteorologie finden viele Prozesse schneller statt, sodass eine Beobachtung mit einem polarumlaufenden Satellit nicht ausreichend Informationen bringt. Beispiele für polarumlaufende Satelliten sind NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration ) und MetOp (Meteorological Operational satellite)
Die Meteosat - Satelliten befinden sich zur Zeit in der zweiten Generation(MSG = Meteosat Second Generation). Nachdem 2004 und 2006 die ersten beiden Meteosat - Satelliten der zweiten Generation ihren Dienst aufgenommen haben soll 2009 ein dritter folgen. Diese Satelliten sollen bis voraussichtlich 2018 in Betrieb bleiben und dann von den Satelliten der dritten Generation abgelöst werden (MTG = Meteosat Third Generation). Bei den MSG - Satelliten wurde die Zahl der Kanäle im Vergleich zur ersten Generation vervierfacht. Sie können also in 15 statt 30 Minuten doppelt so viele Aufnahmen machen. Dabei beobachten sie alle wichtigen meteorologischen Größen und Parameter: Die Temperatur der Erdoberfläche und der Atmosphäre, den Wasserdampfgehalt der Atmosphäre, die Wolkenveränderung, Stürme, Orkane und Nebelbildung.
Parallel zu den Meteosat - Satelliten haben EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites = „Europäische Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten“)und ESA (European Space Agency)das Eumetsat Polar System (EPS) ins Leben gerufen.Zu diesem Projekt gehören die 3 MetOp - Satelliten, die in 840 km Höhe auf polarnahen Bahnen die Erde umkreisen sollen. Der erste dieser drei Satelliten ( MetOp A) ist bereits im Oktober 2006 gestartet. 2010 und 1015 sollen die anderen beiden folgen. Diese Satelliten sollen dann Großaufnahmen zur Naherkennung der Atmosphäre liefern.
Voraussichtlich 2009 soll mit ADM-Aeolus (Atmospheric Dynamics Mission)ein weiterer Satellit den Verbund ergänzen. Er soll vertikale Windprofile liefern (Stärke und Richtung in verschiedenen Höhen)und den Feuchtigkeitsgrad sowie Staubgehalt in der Atmosphäre erfassen.
Mit MSG, MetOp, ADM-Aeolus, Meteosat und NOAA ist somit ein globales Wetterbeobachtungssystem für alle Fälle sichergestellt.
Die Daten der Wettersatelliten dienen zur Analyse der aktuellen Wetterlage, als Input und zur Eichung meteorologischer Modelle ( Wettervorhersagemodelle)und zur Ermittlung vertikaler Gradienten über Arealen mit nur wenigen Bodenmessungen. Aber auch zur Atmosphärenforschung, da dieser Fachbereich immer weniger Geld für eigene Satelliten hat.
Ziel
[Bearbeiten]Dieses Projekt soll einen Einblick in die Funktion von Wettersatelliten geben. Dabei wird sowohl auf die Satelliten an sich, als auch auf die Messsysteme eingegangen. Um die Messungen besser erklären zu können, werden gleich zu Beginn die Strahlungstheoretischen Grundlagen erläutert. Weiterhin gibt dieses Projekt einen Überblick über die aktuell wichtigsten Wettersatelliten .
Quellenangabe
[Bearbeiten]- Neumeister, H. (1972): Das Wetter aus kosmischer Sicht. 1. Auflage. Haack, VEB
- Barth, H. (2003) : Umwelt im Raumzeitalter. überarbeitete und erweiterte Neuauflage von "Weltraumtechnik für die Umwelt" (1997)
- Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt, Deutsches zentrum für Luft und Raumfahrt e.V. Cluster Angewandte Fernerkundung
- Kappas, M. (1994):Fernerkundung nah gebracht; Leitfaden für Geowissenschaftler, Dümmler Verlag, Bonn
- Deutschlands modernster Wettersatellit, Deutschlands modernster Wettersatellit
- Envisat-Was können Umweltsatelliten leisten
- NOAA
- METEOSAT