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2024-12-10T12:13:10Z

Aufgaben von Wettersatelliten

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Ein '''Wettersatellit''' ist ein [[Erdbeobachtungssatellit]], der der Beobachtung meteorologischer Vorgänge dient, also [[physik]]alischer und [[Chemie|chemischer]] Vorgänge in der [[Atmosphäre (Astronomie)|Atmosphäre]] der Erde. Insbesondere in Gebieten, in denen keine Beobachtung vor Ort möglich bzw. sehr teuer ist (z. B. [[Ozean]]e), sind Daten von Wettersatelliten unverzichtbar. Mit der Auswertung und Nutzung von Wettersatelliten befasst sich ein Teilgebiet der [[Meteorologie]], die [[Satellitenmeteorologie]]. Sie nutzt die Daten vor allem für die [[Wettervorhersage]] und die [[Klimatologie]], die beiden bekanntesten Teilgebiete der Meteorologie.

== Geschichte der meteorologischen Erdbeobachtung ==
* [[1960]]: Erste Fernsehkamera auf dem Satelliten [[TIROS|Tiros]] in der [[Satellitenorbit|Erdumlaufbahn]].
* [[1966]]: Erste Daten der [[TIROS#TIROS Operational System|ESSA-Satelliten]] können vom [[Deutscher Wetterdienst|Deutschen Wetterdienst]] empfangen werden.
* [[1970]]: Die [[NASA]] startet den ersten Satelliten der [[National Oceanic and Atmospheric Administration#NOAA-Satelliten|NOAA-Serie]].
* [[1975]]: Der erste Satellit vom [[Geostationary Operational Environmental Satellite|GOES-Typ]] (NASA) wird gestartet, auch die [[Sowjetunion]] bringt mehrere meteorologische Satelliten ins All.
* [[1977]]: Der erste Satellit der [[Meteosat|Meteosat-Reihe]] wird von der [[Europäische Weltraumorganisation|ESA]] in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht.

== Geostationäre Wettersatelliten ==

[[Geosynchrone Umlaufbahn|Geostationäre]] Satelliten fliegen auf einer Höhe von 35.800 km über dem Äquator. Da sie sich mit derselben [[Winkelgeschwindigkeit]] um die Erde drehen wie die Erde um sich selbst dreht ("[[Erdrotation]]"), stehen sie an einem festen Punkt über der Erde. Die [[Meteosat]]-Satelliten müssen zusätzlich noch um ihre eigene Achse rotieren, um sich zu [[Stabilisation (Raumfahrt)#Spinstabilisation|stabilisieren]].

Geostationäre Satelliten haben den Vorteil einer hohen zeitlichen Auflösung; man erhält ca. alle 5 bis 30 Minuten ein neues Bild und kann somit die zeitliche Entwicklung von Wettersystemen gut beurteilen. Ein großer Vorteil liegt auch darin, dass bei jeder Aufnahme derselbe Bildausschnitt erfasst wird. Man kann Satellitenfilme erstellen, so genannte [[Schleife (Programmierung)|Loops]]; diese zeigen das vom Satelliten Aufgezeichnete im Zeitraffer. Sämtliche auch aus den Medien bekannte (Wetter-)Satellitenfilme stammen von geostationären Satelliten. Die räumliche Auflösung liegt im Kilometerbereich (ca. 1 bis 5 km im Subsatellitenpunkt, also im Punkt der [[Erdoberfläche]] senkrecht unter dem Satelliten).
Ein geostationärer Satellit ''sieht'' etwa 2/5 der Erdoberfläche. Rechnerisch kann man also mit drei Satelliten die Erde fast vollständig beobachten.
Zu allen vier Bildrändern hin wird die Auflösung immer schlechter (am oberen Bildrand sieht man die Arktis; am unteren die Antarktis), weil dort keine senkrechte Aufsicht durch den Satelliten mehr möglich ist.

Anfang 2017 waren unter anderem folgende geostationären Satelliten im Einsatz:
* zwei [[Meteosat]]-Satelliten von [[EUMETSAT]] (Meteosat-9 bei 0° westlicher Länge und Meteosat-7 bei 57° östlicher Länge)
* drei [[Geostationary Operational Environmental Satellite|GOES]] Satelliten der amerikanischen Wetterbehörde [[NOAA]] (GOES-13 bei 75°, GOES-14 bei 105° und GOES-15 bei 135°)
* ein dritter Satellit der Meteosat Reihe (Meteosat-8) arbeitet im 'Rapid Scan Service' (RSS) bei 9.5° östlicher Länge und dient auch als Reserve für Meteosat-9
* daneben sind auch Satelliten des japanischen [[MSAS]], der chinesischen [[Fengyun]] und die indischen [[Insat]] Baureihe für meteorologische Zwecke im Einsatz

* der GOES-16, ein 2016 in Betrieb genommener Satellit, beobachtet mit einer hochauflösenden Kamera das Wetter.<ref>[https://www.washingtonpost.com/news/capital-weather-gang/wp/2017/01/23/the-first-images-from-goes-r-have-come-in-and-theyre-absolutely-incredible/?tid=hybrid_experimentrandom_2_na ''The first images from the new weather satellite just arrived, and they’re absolutely incredible''], [https://www.washingtonpost.com/news/capital-weather-gang/wp/2016/11/19/u-s-launches-next-generation-weather-satellite-that-will-revolutionize-forecasting/?tid=a_inl ''This new weather satellite isn’t just good for the U.S. — it’s good for the world''] (19. November 2016)</ref>

== Polarumlaufende Wettersatelliten ==
[[Datei:NOAA-M.jpg|miniatur|NOAA-M]]
Polarumlaufende Wettersatelliten fliegen auf einer polaren, sonnensynchronen Bahn in ca. 800 km Höhe (siehe auch [[sonnensynchroner Orbit]], SSO). Ein Umlauf dauert etwa 100 Minuten. Somit wird die Erdoberfläche in 12 Stunden einmal komplett abgetastet. Dem Nachteil der geringen Bildwiederholfrequenz steht der Vorteil der guten räumlichen Auflösung (100 bis 1000 m, auch im Bereich der Erdpole) gegenüber.

[[Datei:Kreuzdipolarp.jpg|rechts|miniatur|Empfangssystem für polar umlaufende Wettersatelliten im 137-MHz-Bereich "[[Rohde & Schwarz]]"- Drehstand (Baujahr ca. 1965)]]

Zusammen mit den geostationären Satelliten kann die Erde damit lückenlos beobachtet werden.

Polarumlaufende Wettersatelliten werden von [[EUMETSAT]] ([[MetOp]]-Satelliten), den USA (NOAA-Typ), China ([[Fengyun]]) und Russland ([[Meteor (Satellit)|Meteor]]) betrieben.

== Aufgaben von Wettersatelliten ==

* Analyse der aktuellen Wetterlage ([[synoptische Meteorologie]]), besonders auch in nicht oder nur schwer zugänglichen oder dünn bevölkerten Gebieten, damit [[Meteorologe]]n eine genaue Übersicht über das wetterwirksame Geschehen erhalten (also u. a. [[Luftdruck|Druckgebiete]] und [[Wolkenformen]]); also muss die räumliche Auflösung der Bilder hinreichend groß sein bei kleiner zeitlicher Auflösung.
* Verwendung als [[Eingabe (Computer)|Eingabe]] in [[Wettervorhersage]]modellen (Assimilation) und Überprüfung der Genauigkeit von Wettervorhersagen
* Ermittlung von vertikalen [[Gradient (Meteorologie)|Gradienten]] verschiedener Größen, beispielsweise der [[Temperatur]], vor allem über Ozeanen und anderen Arealen ohne bzw. mit wenig Bodenmessungen
* auch Atmosphärenforschung ([[Meteorologie]], [[Klimatologie]], [[Aerologie]]), weil dafür immer weniger Gelder für eigene Systeme zur Verfügung stehen

== Funktionsweise und Datenauswertung ==

Wettersatelliten tragen als Nutzlast bildaufnehmende Sensoren ([[Radiometer]]). Diese messen die
Strahlung in verschiedenen [[Elektromagnetisches Spektrum|Spektralbändern]] (den Kanälen), hauptsächlich im sichtbaren und [[infrarot]]en Bereich, gelegentlich auch im [[Mikrowellen]]bereich. Zur richtigen Interpretation der Daten muss man die [[Strahlungsgesetze]] der [[Physik]] anwenden. Im infraroten Bereich strahlt die Erde mit einer Durchschnittstemperatur von 15 [[Grad Celsius]].

Die meisten Wettersatelliten können auch die elektromagnetische Strahlung der [[Erdoberfläche]] und der [[Erdatmosphäre]] messen. Wird die Strahlung nur detektiert, spricht man von passiven Instrumenten, im Gegensatz zu aktiven Instrumenten, bei denen [[Radar]]- oder [[Laser]]strahlen ausgesendet werden und das reflektierte Signal gemessen wird.

Der sichtbare (solare) Kanal des Wettersatelliten (abgekürzt mit ''Vis'' für engl. visible) misst ausschließlich die von Erde und Atmosphäre reflektierte [[Sonne]]neinstrahlung. Da Wolken aus [[Wasser]]tropfen besonders stark reflektieren, erscheinen sie in den Vis-Kanälen sehr hell, im Gegensatz zu Wolken aus [[Eis]]kristallen, die im nahen Infrarot am stärksten absorbieren und daher in diesen Kanälen dunkel erscheinen. Somit können die verschiedenen Wolkenarten unterschieden werden. Aus der Kombination der Daten aus den verschiedenen Infrarot-Kanälen kann man auf die verschiedenen vertikalen Wolkenschichten schließen. Aus Wolkenverlagerungen in aufeinander folgenden Bildern kann die [[Wind]]richtung bestimmt werden.

Da das [[Reflexion (Physik)|Reflexionsvermögen]] der Erdoberfläche vom jeweiligen [[Bodentyp]] (der so genannten [[Albedo]]) abhängt, kann der Untergrund durch den Vergleich der Spektren verschiedener Vis-Kanäle identifiziert werden, besonders gut funktioniert die Unterscheidung bei den verschiedenen [[Vegetation]]en, was in der neueren [[Meteosat]]-Generation (MSG) zum Einsatz kommt. Sind keine störenden Wolken vorhanden, kann man mittels der Schwarzkörperstrahlung die Temperatur des Bodens oder der Meeresoberfläche bestimmen, was ebenfalls wichtig für die Erstellung von Wettervorhersagen ist.

Da von Satelliten ausgesandte Sendeenergie an Wasserwellen gestreut werden und es somit aufgrund des [[Dopplereffekt]]s zu einer Änderung der [[Frequenz]] des Echosignals kommt, können mit Wettersatelliten auch Wellenbewegungen gemessen werden. Eine weitere Möglichkeit ist, mittels langwelliger Radargeräte die Größe der Wellen frequenzabhängig durch die [[Bragg-Gleichung#Physikalischer Hintergrund|Bragg-Streuung]] zu messen.

Die Wettervorhersage für den Kürzestfristbereich (ein bis drei Stunden), das so genannte [[Nowcasting]], wird direkt aus den [[Satellitenbild]]ern gewonnen. Für weitergehende Vorhersagen wird eine [[Zeitreihenanalyse|Zeitreihe]] aus zeitlich nacheinander aufgenommenen Bildern erstellt und die Entwicklung in die Zukunft ausgeweitet. Da das Nowcasting deutlich sichere Vorhersagen macht, muss das Netz an Daten für eine sichere Prognose sehr engmaschig sein, weswegen man dafür die hochauflösenden Wettersatelliten verwendet.

Weiterhin sind Einrichtungen zur Kommunikation an Bord der Wettersatelliten, z. B. zum Empfang von Wettermeldungen von automatischen Wetterstationen und zur Ausstrahlung der aufgenommenen Satellitenbilder ([[Wetterfunkdienst über Satelliten]]).

== Literatur ==
*Ralf Becker, Oliver Sievers: ''Scharfe Augen im All''. In: ''[[Spektrum der Wissenschaft]].'' Spektrumverlag, Heidelberg 2005,8, 40ff. {{ISSN|0170-2971}}

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
* [http://www.bernd-leitenberger.de/wettersatelliten.shtml Wettersatelliten bei Bernd Leitenberger]
* [http://www.fading.de/wettersatelliten.php Einführung in den Empfang von Wettersatelliten]
* [http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/5134022.stm ''Nasa's climate science "in moth-balls"'' (The 'Deep Space Climate Observatory' (DSCOVR))] (BBC-News, 1. Juli 2006)

== Einzelnachweise ==
<references />

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Wettersatellit - Versionsgeschichte

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