| | Hintergrund
Wetter
Das Wetter ergibt sich aus dem Zusammenspiel verschiedener Elemente (z. B. von Wind, Bewölkung, Niederschlag) in der unteren Atmosphäre, der so genannten Troposphäre, an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit. Es wird von der die Erdoberfläche und die darüber liegende Atmosphäre erwärmenden Sonnenenergie verursacht. Das Wetter hängt vom Breitengrad, der Orografie (Geländehöhe und Relief), der Land-Wasser-Verteilung, der natürlichen Landbedeckung sowie anthropogeographischen Faktoren ab. Seine physikalischen, messbaren Eigenschaften sind Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit.
 | | | Dieses Modell ist nicht maßstabgerecht. Die Exzentrizität beträgt nur rund 1 zu 120 und wäre in dieser Skizze nicht erkennbar. |
Jahreszeiten
Die Erde bewegt sich auf einer elliptischen Bahn um die Sonne. Für eine ganze Umdrehung benötigt sie ein Jahr. Die Sonne befindet sich in einem Brennpunkt der Ellipse, und die Bahn der Erde um die Sonne liegt auf einer gedachten Ebene, der so genannten Ekliptik.
Im Verhältnis zu dieser Ekliptik ist die Erdachse um einen Winkel von 23,5° geneigt. Während sich die Erde um die Sonne dreht, bleibt ihre Rotationsachse unbeweglich. Aus diesem Grund ist die Nordhalbkugel der Erde in den Sommermonaten der Sonne zugewandt und im Winter von ihr abgewandt.
Sommer und Winter sind auf den jeweiligen Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche zurückzuführen. Im Sommer trifft die Sonne in einem sehr großen Winkel auf die Oberfläche der Nordhalbkugel auf. Während der Wintermonate verkleinert sich der Winkel, und die Sonne steht niedriger über dem Horizont. Folglich geht sie auf der Nordhalbkugel im Winter später auf und früher unter. Die Tage sind kurz und wegen der geringen Sonneneinstrahlung auch kalt. So sieht es für die Nordhalbkugel der Erde aus. Während des Winters auf der Nordhalbkugel steht die Sonne hoch über der Südhalbkugel und beschert ihr lange, warme Tage. In den nördlichen Sommermonaten herrscht auf der Südhalbkugel Winter. Die Jahreszeiten in der nördlichen und der südlichen Hemisphäre sind also entgegengesetzt.
Die Stelle, an der das Sonnenlicht in einem rechten Winkel auf die Erdoberfläche einfällt, bewegt sich im Verlauf des Jahres zwischen 23,5° N und 23,5° S. Ausschlaggebend für die klimatischen Unterschiede zwischen den Jahreszeiten ist der Neigungswinkel der Erde von 23,5°. Die Entfernung zwischen Erde und Sonne spielt dagegen nur eine untergeordnete Rolle. Die Umkehrpunkte der Bahn der Sonne im Norden und im Süden werden der nördliche und der südliche Wendekreis, bzw. der Wendekreis des Krebses und der Wendekreis des Steinbocks genannt.
Sommer auf der Nordhalbkugel
Sommer auf der Südhalbkugel
 Sommer auf der Nordhalbkugel
 Sommer auf der Südhalbkugel
| | Klimazonen | |
Klimazonen
Auch die Bildung von Klimazonen ist eine Folge des veränderlichen Winkels, in dem die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche eintreffen. Das allein reicht aber noch immer nicht aus. Nur einige Beispiele für die vielen weiteren Bedingungsfaktoren sind die Land-Wasser-Verteilung, die Orografie, atmosphärische oder Meeresströmungen. In der innertropischen Konvergenzzone (ITC) fällt das starke Zusammenwirken der einzelnen Faktoren besonders auf.
| | | Innertropische Konvergenz |
ITC (Innertropische Konvergenz)
Die innertropische Konvergenzzone liegt in Äquatornähe. Die Luftmasse wird erhitzt und steigt nach oben. Unter der warmen Luftmasse bildet sich ein Tiefdruckgebiet, das so genannte Hitzetief. Die feuchten, von der Nordhalbkugel stammenden Nordost-Passatwinde treffen auf die Südost-Passatwinde von der Südhalbkugel.
Durch die Strömung der Passatwinde wird die Luftmasse erwärmt und steigt nach oben. Aufgrund der sehr hohen Luftfeuchtigkeit und der sehr warmen Temperatur bildet die ansteigende Luftmasse hohe Kumulonimbuswolken (Ambosswolken). Sie türmen sich wesentlich höher auf und sind bedeutend größer als die bei schönem Wetter entstehenden Kumuli (Haufenwolken).
Die Spitze eines Kumulonimbus kann bis zu 12.000 Meter erreichen. Sie sind der Auslöser für zahlreiche Gewittergüsse und Unwetter.
Die Position der innertropischen Konvergenzzone ist jahreszeitenabhängig. Sie bewegt sich im Großen und Ganzen mit dem Zenit der Sonne zwischen 20° N und 20° S. Abweichungen, die unter anderem durch eine hohe Passatwindzirkulation verursacht werden, sind möglich. Die tatsächliche Position der ITC bestimmt den meteorologischen Äquator.
| | | Passatzirkulation |
Passatwinde
Winde mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 20 km/h strömen regelmäßig entlang der zum Äquator hin gelegenen Flanken des subtropischen Hochdruckgebiets in Richtung Westen. Über dem Festland und zum Beginn ihrer Reise über den Ozean sind dies zumeist trockene Winde wie der westafrikanische Harmattan. Bei der Ozeanüberquerung nehmen die Winde riesige Mengen Wasserdampf auf und führen über bergigen Gebieten zur Bildung großflächiger Wolken und zu Niederschlag.
In der Äquatorregion strömen der Nordost- und der Südost-Passat in einer Tiefdruckrinne zusammen. Unter dem Einfluss der Sonne im Zenit und der dadurch bedingten intensiven Erwärmung der Erdoberfläche steigen die konvergierenden Luftmassen an und bilden feuchte Kumulonimbuswolken. Der Anstieg der Luftmassen über dem Äquator wird durch ihr Absinken in den Wendekreisgebieten ausgeglichen, und somit schließt sich der Kreis. (Siehe Diagramm zur innertropischen Konvergenz).
NDVI
Der normalisierte Differenzvegetationsindex, kurz NDVI, steht in Zusammenhang mit dem Anteil der durch Photosynthese absorbierten Strahlung und wird aus dem sichtbaren Rotkanal und dem nahen Infrarotkanal berechnet. Gesunde Pflanzen weisen im Bereich um 0,7 µm (nahes Infrarot) eine stark ansteigende Reflexion auf, während die Reflexion von unbewachsenem Boden in Abhängigkeit von seinen Eigenschaften viel eher linear ansteigt. Je aktiver das Chlorophyll, desto steiler fällt die Kurve des Reflexionsanstiegs im nahen Infrarotbereich zwischen 0,7 und 1 µm aus. Diese Zusammenhänge erlauben es, den Zustand, die Vitalität der Vegetation zu beurteilen. Siehe auch: Prinzipien der Fernerkundung>Fernerkundung>Kartierung von Vegetation.
Lesen Sie auch: Die Satellitenüberwachung, Fernerkundung und
Flächenklassifizierung
Mit der Standardisierung (durch Quotientbildung) werden topographische sowie atmosphärische Einflüsse weitgehend ausgegrenzt und somit die Beobachtung ausgedehnter Gebiete ermöglicht.
Die Gleichung für den Landsat-NDVI lautet: (channel4 - channel3) / (channel4 + channel3).
In anderen Worten,
| NDVI = |
nahes Infrarot - Rot
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nahes Infrarot + Rot |
| | | Meteosat |
Wettersatelliten
Die für meteorologische Beobachtungen eingesetzten Wettersatelliten sind in polaren oder äquatorialen Bahnen stationiert. Sie messen die Reflexion und Strahlung (mittleres Infrarot und thermisches Infrarot) an der Erdoberfläche. Eine Interpretation der Reflexion und Strahlung gibt Auskunft über die Verteilung von Wolken, Temperaturen und den Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre. Der Früherkennung von Wirbelstürmen und Unwettern gilt dabei ein besonderes Augenmerk. Anhand der Infrarotstrahlung können die Temperaturen von Luftschichten sowie der Erdoberfläche gemessen werden. Folglich lässt sich auch die Höhe von Wolken ermitteln. Die Infrarotstrahlung macht es möglich, dass die Wolkenverteilung selbst nachts beobachtet werden kann.
Meteosat
- Meteosat der ersten Generation:
- Raumauflösung:
- sichtbares Licht (VIS) 2,5 km
- Infrarotlicht (IR) 5 km
- Spektralkanäle:
- 1: 0,5 - 0,9 µm sichtbares Licht
- 2: 5,7 - 7,1 µm Wasserdampf
- 3: 10,5 - 12,5 µm thermisches Infrarot
- Betriebshöhe 36.000 km
- Wiederholrate 30 Minuten
- Daten seit 1978
Sichtbares Licht: Der VIS-Kanal arbeitet im sichtbaren Spektrum. Er dient zum Messen der von der Atmosphäre und der Erdoberfläche reflektierten Sonnenstrahlung. Wasser- und Eiswolken fallen aufgrund ihrer deutlich stärkeren Reflexion besonders auf. Allerdings können auch Schnee und Eis eine ähnlich intensive Reflexion aufweisen. Die Reflexion von Wasseroberflächen hängt stark von der Aufnahmerichtung und den Oberflächenbedingungen ab.
Wasserdampf: Der WV-Spektralkanal nimmt im Bereich hoher Wasserdampfabsorption auf (5,7 - 7,1 µm , mittleres Infrarot). Aufgrund der starken Absorption in diesem Wellenlängenbereich werden hauptsächlich Werte aus der mittleren und oberen Troposphäre erfasst. Tatsächlich fällt die atmosphärische Absorption der mittleren Infrarotstrahlung so stark aus, dass die Strahlung kaum bis zur Erdoberfläche gelangt. Deshalb kann die Erdoberfläche auch nichts reflektieren und bleibt sozusagen unsichtbar.
Selbst dort, wo sich keine Wolken gebildet haben, kann der Wasserdampffluss in der oberen Atmosphäre schließlich doch noch zur Entstehung von Wolken und Niederschlag führen. Diese Bilder besitzen typischerweise eine niedrigere Auflösung als IR-Aufnahmen, sind aber Tag und Nacht verfügbar, was einen beachtlichen Vorteil gegenüber Bildern aus dem sichtbaren Bereich darstellt. Da die mittlere Infrarotstrahlung von der Anwesenheit direkten Sonnenlichts unabhängig und tags wie nachts vorhanden ist, sehen wir Wasserdampf rund um die Uhr. Die Grenzen des Nutzens dieser Aufzeichnungen ergeben sich aus der Tatsache, dass der Wasserdampfgehalt in unteren Schichten häufig eine sehr wichtige Rolle für die Entstehung von Wolken und Niederschlag spielt. Da diese Bilder vorwiegend höhere Bereiche widerspiegeln, kommt es vor, dass wichtige Veränderungen der Wasserdampfverteilung in den unteren Bereichen unbeachtet bleiben.
Thermisches Infrarot: Der IR-Kanal nimmt in einem Spektralbereich geringer Absorption von Spurengasen auf. Dadurch kann die langwellige Abstrahlung der Erdoberfläche und der Wolkenoberflächen gemessen werden. Kalte Wolken sind sehr gut von der wärmeren Erdoberfläche zu unterscheiden. Problematisch wird die Unterscheidung bei niedrigen Wolken und Schnee- und Eisfeldern, die eine sehr ähnlich niedrige Temperatur aufweisen können.
Meteosat der zweiten Generation
Der Meteosat der zweiten Generation, auch Meteosat Second Generation (MSG) oder Meteosat 8 genannt, ist jetzt in Betrieb. Gegenüber seinem Vorgänger weist er einige technische Verbesserungen auf. Im Vergleich zum aktuellen Meteosat generiert MSG mit der doppelten Häufigkeit (alle 15 Minuten anstatt alle halbe Stunde) und in wesentlich mehr Spektralkanälen (zwölf anstatt drei) Multispektralbilder der Erdoberfläche und Wolkensysteme. Er bietet außerdem eine um Längen verbesserte geometrische Auflösung (1 km im hochauflösenden sichtbaren Kanal und 3 km in den anderen Kanälen). Acht der Kanäle zeichnen im thermischen Infrarotbereich auf und liefern pausenlos Informationen über die Temperaturen von Wolken, Land- und Wasserflächen sowie andere Daten. Durch den Einsatz von Kanälen, die Ozon, Wasserdampf und Kohlendioxid absorbieren, wird MSG den Meteorologen auch die Analyse der Eigenschaften atmosphärischer Luftmassen ermöglichen. Auf der Grundlage dieser Daten lassen sich dann dreidimensionale Ansichten der Atmosphäre erzeugen. Zwei der acht Infrarotkanäle sind nun auf der Eumetsat-Homepage für jedermann zugänglich. Die bisherigen Meteosat-Funktionen bleiben weiterhin bestehen.
Quelle: EUMETSAT
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