Projekt:FE Auswerteverfahren 1/Wettersatelliten/Satellitensysteme

Teilprojekt Wettersatelliten

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Weitere Teilprojekte

Oberflächentemperaturen Vegetationsindizes Schnee Wolken Niederschlag

Aktive und passive Aufnahmesysteme

In der Fernerkundung wird zwischen aktiven und passiven Aufnahmesystemen unterteilt. Die verwendeten Verfahren unterscheiden sich dabei in Aufnahmetechnik, verwendeter Strahlung und dem gelieferten Bild. Dabei werden unterschiedlich geartete Oberflächen wie z.B. Wasser, Schnee, Sand- oder Lehmböden, unterschiedliche Vegetationsbedeckung oder bebaute Gebiete betrachtet, welche in Abhängigkeit vom gewählten Wellenlängenbereich die Strahlung stärker oder schwächer reflektieren.

Aktives FE System

Ein aktives Fernerkundungssystem sendet seine eigene Elektromagnetische Strahlung aus um ein Objekt aufzuspüren oder eine Oberfläche zu beobachten. Das dabei ausgesandte Signal wird am Objekt oder auf der Oberfläche reflektiert und dadurch verändert. Diese reflektierte Strahlung wird wiederum vom System empfangen und verarbeitet. Durch den Unterschied zwischen gesendetem und empfangenem Signal können geophysikalische Größen abgeleitet werden. Die Intensität der zurückgestreuten Strahlung wird zur Erkennung des/der beobachteten Objektes/Oberfläche bestimmt. Aktive Fernerkundungssysteme unterscheiden sich im Aufnahmeverfahren, der verwendeten Strahlung, der Geometrie sowie des Informationsgehalts des gelieferten Bildes. Dabei werden auch Wellenlängenbereiche genutzt, die in der einfallenden solaren Strahlung nur geringe Intensitäten haben. Deswegen arbeiten aktive Systeme häufig aufgrund der Unabhängigkeit von den vorherrschenden atmosphärischen Bedingungen im Mikrowellenbereich. Dieser ist besonders für die tropischen Breiten geeignet.

Passives FE-System

Ein passives Fernerkundungssystem sendet gegenüber dem aktiven System keine eigene elektromagnetische Strahlung aus. Dementsprechend nutzt das System Strahlung, die von einem Objekt ausgesandt oder von ihm reflektiert wird. Dabei stützt sich dieses Aufnahmeverfahren auf die Oberflächentemperatur des Objektes und die an der Erdoberfläche reflektierten Sonnenstrahlung. Im Gegensatz zum aktiven System werden hier aufwändigere Umrechnungsverfahren benötigt, um geophysikalische Größen abzuleiten.

Aufnahmeverfahren der Satelliten

Photographische Aufnahme(passives FE-System)

Photographische Weltraumkameras wurden vor allem für das Militär und die Kartographie entwickelt. Dabei wird das belichtete Filmmaterial in größeren Zeitabständen als Kapsel abgesprengt und gelangt somit zur Erde. Früher wurde dieses Verfahren bei den russischen KOSMOS-Satelliten angewendet. Hier wurde vor allem panchromatisches Filmmaterial benutzt, welches die starke Rückstrahlung der beobachteten Oberfläche für eine sehr hohe Auflösung nutzt. Gegenüber der großen geometrischen Auflösung von 5 x 5 km steht eine verhältnismäßig geringe radiometrische Auflösung. Auch die Unregelmäßigkeit der Missionen und der Filmabwurf sprechen gegen dieses Verfahren.

Abtastsysteme/Scanner (passives FE-System)

Ein Scanner ist ein Aufnahmesystem, welches ein Geländebild durch Empfang und Verarbeitung elektromagnetischer Strahlung erzeugt. Dabei wird das zu beobachtende Gelände systematisch (z.B. zeilenweise oder flächig) abgetastet. Die Eigenbewegung des Sensorträgers (z.B. Satellit) spielt bei der Abtastung eine wesentliche Rolle. Sie wird mit einem systeminternen Abtastvorgang verknüpft. Prinzipiell werden beim Abtasten nur ausgewählte Wellenlängenbereiche (auch gleichzeitig) betrachtet und die Intensität der einfallenden Strahlung gemessen. Speziell kann man zwischen drei Unterkategorien unterscheiden:

1. Spektrometer für panchromatischen Wellenbereich

   nutzen des breiten Wellenlängenbereichs von Blau über Grün, Rot bis hin zum Foto-Infrarot dadurch sehr hohe Auflösung aufgrund großer Lichtintensität

2. Multispektralscanner

   weitaus engere Wellenlängenbereiche wie z.B. Blau, Grün, Rot, NIR und MIR; deswegen nur mittlere Auflösung

3. Thermalscanner

   erzielen geringste Auflösung aufgrund sehr geringer Strahlungsintensitäten

Zum Abtasten bedarf es bestimmter Aufnahmetechnik. Hierbei unterscheidet man zwischen optoelektronischem Scanner (z.B. beim SPOT-Satelliten) und optisch-mechanischem Scanner (z.B. bei LANDSAT). Beide Scanner-Typen arbeiten passiv. Im Gegensatz zur photographischen Aufnahme wird bei Scannersystemen die reflektierte Strahlung nicht auf einem Film festgehalten, sondern direkt als elektrischer Impuls gespeichert. Des Weiteren können sie gleichzeitig Schwarz/Weiß, Farbe und Farbinfrarot aufzeichnen.

Im Bereich der Abtastsysteme wird zwischen unterschiedlichen Auflösungen unterschieden:

Geometrische Auflösung

Darunter versteht man die Größe des Pixels, welches die jeweilige Information trägt. Diese Auflösung ist von den Merkmalen des Sensors und der Distanz vom Satelliten zum Objekt / zur Oberfläche abhängig. Des Weiteren bezieht sie sich auf die kleinste Fläche am Boden, über die das elektromagnetische Signal von einem Sensor erfasst wird.

Radiometrische Auflösung

Dieses Merkmal charakterisiert die Fähigkeit eines Sensors, geringe Strahlungsunterschiede noch messtechnisch zu erfassen. Die radiometrische Auflösung ist deshalb sehr eng mit der Anzahl der möglichen Grauwerte verknüpft. Je feiner die radiometrische Auflösung ist, desto genauer können kleine Unterschiede in der einfallenden Strahlung gemessen werden.

Spektrale Auflösung

Die in den Aufnahmesystemen verwendeten Sensoren lassen sich nach den Wellenlängenbereichen der aufgenommenen elektromagnetischen Strahlung unterscheiden. Diese Spektralbereiche werden in Kanäle oder Bänder unterteilt. Sie erstrecken sich vom sichtbaren Licht über den Infrarotbereich bis hin zu den Mikrowellen.

Zeitliche Auflösung

Die zeitliche Auflösung wird von der Umlaufbahn des Satelliten bestimmt. Sie beschreibt den zeitlichen Abstand, der zwischen zwei Aufnahmen desselben Gebietes mit einem Sensor liegt.

RADAR (aktives FE-System)

RADAR ist die Abkürzung für RAdio Detection And Ranging. Diese Art der Fernerkundung unterscheidet sich grundlegend von anderen Aufnahmeverfahren bezüglich Aufnahmetechnik, verwendeter elektromagnetischer Strahlung sowie physikalischer Parameter. Weiterhin werden spezielle geometrische und spektrale Eigenschaften genutzt. Das Radar ist ein aktives Verfahren und wurde zur Erfassung bzw. Entfernungsmessung von Objekten entwickelt. Dabei sendet ein Sensor Mikrowellen zur Erdoberfläche aus und misst die reflektierte Strahlung. Die Distanz zum Objekt wird dabei über die Stärke der Reflexion und die Zeitverzögerung zwischen Aussenden und Empfangen des Signals bestimmt. Bestimmend für die Intensität der Reflexion sind dabei Oberflächenbeschaffenheit(Rauhigkeit), Materialcharakter, Bestrahlungswinkel, Wellenlänge und Polarisation. Radarsysteme werden vorrangig in Ozeanographie, Hydrologie, Geologie, Glaziologie, sowie Landwirtschaft und Forstwesen verwendet.

Vorteile

Aufgrund der großen Wellenlängen ist das Radar weitgehend unabhängig von atmosphärischen Bedingungen. Die ausgesandten Mikrowellen werden dabei kaum von der Atmosphäre gestört und können daher Dunst, Wolken, Regen und Schnee durchdringen. Da das Radar ein aktives Aufnahmesystem ist, werden Aufnahmen bei Tag und Nacht ermöglicht. Des Weiteren erlauben Radarsysteme anhand besonderer Eigenschaften der Mikrowellen, Beobachtungen unter der Vegetationsschicht oder eines dünnen Bodens. Über die Materialeigenschaften(z.B. Dielektrizität) des beobachteten Untergrunds können zusätzlich Informationen zum Wasserhaushalt gesammelt werden.

Nachteile

Aufgrund der geringen Reflexion können nur geringe Auflösungen erreicht werden. Außerdem sind dadurch Überlagerungen mit anderen Strahlungsquellen möglich. Weiterhin beinhalten Radarsignale lediglich Informationen über Topographie bzw. Feuchtigkeitsgehalt. Eindeutige spektrale Eigenschaften werden nicht berücksichtigt. Radarsysteme sind kostenintensiv und die Auswertung der Signale erweist sich als sehr aufwändig.

Umlaufbahnen der Satelliten

Satelliten verhalten sich in ihrer Bewegung wie natürliche Himmelskörper. Sie umkreisen die Erde auf bestimmten Umlaufbahnen und sind der Gravitation ausgesetzt. Die Bahngeschwindigkeit der Satelliten nimmt laut Newtonschem Gravitationsgesetz mit zunehmender Höhe, zwischen 500 km und 36.000 km, ab. In Erdnähe kreisen vor allem Satelliten zur Erdbeobachtung, während in größerer Entfernung Satelliten für Wetterbeobachtung und Telekommunikation positioniert werden. Man unterscheidet je nach Umlauf zwischen geostationärer, geneigter und fast-polarer Umlaufbahn.

Geostationäre Umlaufbahn

Diese Umlaufbahn ist ein Sonderfall der Geosynchronen Umlaufbahn. Hier bewegen sich Wetter-, Telekommunikations- und Positionssatelliten sonnensynchron in östlicher Richtung in 35.790 km Höhe über dem Äquator. Sonnensynchron bedeutet, dass sich der Satellit mit der gleichen Geschwindigkeit fortbewegt, wie die rotierende Erde. Dabei scheint der Satellit fast bewegungslos über einem Punkt der Erde zu ruhen. Die Umlaufdauer beträgt dabei 23h 56min und 4sec. Die Satelliten auf diesen Bahnen weisen eine hohe Repetitionsrate auf. Demzufolge kann mit diesen Aufnahmesystemen die halbe Erdkugel mehrmals hintereinander erfasst werden. Die bekanntesten Satelliten dieser Umlaufbahn sind Meteosat und GOES.

Polare oder fast-polare Bahn

Für die Erderkundung ist dies die wichtigste Umlaufbahn. Dabei bewegt sich der Satellit in einer Höhe zwischen 700km und 900km (fast) von Pol zu Pol. Die dadurch erreichte räumliche Auflösung ist um einiges besser als bei geostationären Satelliten. Die Umlaufbahn ist am Nordpol leicht nach Osten geneigt. Dies führt dazu, dass der Satellit sonnensynchron fliegt. Jedes Gebiet der Erde so etwa zur gleichen Tageszeit bzw. Sonnen-Orts-Zeit überflogen. Durch die Eigenbewegung der Erde wird die Flugbahn des Satelliten nach einem Umlauf (ca. 100min) stark versetzt. Deshalb werden zur vollen Abdeckung der Erde rund zwei Wochen benötigt.

Geneigte Umlaufbahn

Diese Umlaufbahnen sind zum Äquator geneigt und Satelliten sowie Raumfahrzeuge überstreichen auf ihr nur dicht besiedelte Gebiete. Eine systematische Erdbeobachtung in geringeren Höhen, als beim polaren Umlauf, erfolgt durch bemannte Raumfahrzeuge, wie das Space-Shuttle und die Internationale Raumstation ISS. Auch Satelliten wurden auf diesen Umlaufbahnen positioniert. Der Nachteil dieser geneigten Bahnen ist jedoch die unzureichende Erdbeobachtung, da keine vollständige Überdeckung erreicht wird.

Geometrische Aspekte

Ungenauigkeiten und Fehler

Panoramaverzerrung

Bei optomechanischen Scannern und Mikrowellenradiometern (passive Form des Radars) kommt es zu einer Vergrößerung des aufgenommenen Bildes quer zur Flugrichtung. Dabei ist die erfasste Fläche an den Seiten des Abtastbereichs größer als im Zentrum.

Erdkrümmung

Satellitensysteme mit einem weiten Abtastbereich sind meist von der Panoramaverzerrung betroffen. Bei der Korrektur dieses Fehlers ist es erforderlich, die Erdkrümmung zu berücksichtigen.

Erdrotation

Optomechanische Scanner benötigen ein bestimmtes Zeitintervall, um eine gesamte Bildzeile zu erfassen. Da sich der Satellit jedoch in dieser Zeit vorwärts bewegt, kommt es zum Versatz des Zeilenendes gegenüber dem Anfang.

Definition Wettersatelliten

Wettersatelliten dienen der meteorologischen Erdbeobachtung und sind unter anderem mit Fernsehkameras ausgerüstet. Zur Erfassung großer Teile der Erdoberfläche dient eine Weitwinkelkamera, für Detailaufnahmen eine Schmalwinkelkamera. Die Aufnahmen werden in Magnetbandgeräten gespeichert. Eine kleine Programmieranlage an Bord der Satelliten kann die Bedienung der Kameras übernehmen. Die Funkverbindung steuern frequenzmodulierte Sender im 200- MHz- Band. Infrarotsensoren erlauben auch Nachtaufnahmen und Temperaturmessungen in der Atmosphäre. Die Betriebsenergie wird von Sonnenzellen geliefert und in Nickel- Cadmium- Akkus gespeichert. [1] Der Einsatz von Wettersatelliten ist besonders in Gebieten sinnvoll, wo keine Vor- Ort- Beobachtung möglich beziehungsweise sehr teuer wäre, wie es beispielsweise über Ozeanen oder Wüsten der Fall ist. [2] Im Gegensatz zu Wettermessstationen auf der Oberfläche, die teilweise weit voneinander entfernt liegen und nicht immer kontinuierlich Wetterdaten aufnehmen, sind Beobachtungen von Wettersatelliten flächendeckend und bei geostationären Satelliten auch in hoher zeitlicher Wiederholrate möglich. Auch bei den Berechnungen für Wettervoraussagen, bei denen möglichst viele Ausgangsdaten eine genauere Voraussage begünstigen, sind Wettersatelliten heute eine unverzichtbare Quelle. Des Weiteren ermöglichen die Beobachtung der Vorgänge in der Atmosphäre durch Wettersatelliten ein frühes Erkennen gefährlicher Wettererscheinungen und somit eine Minimierung der Schäden. [3] Die Auswertung von Satellitendaten ist Aufgabe der Satellitenmeteorologie. Ein Netz von Beobachtungsstationen überzieht die Erdoberfläche und liefert ständig Messwerte wie Luftfeuchtigkeit, Niederschlagsmenge, Temperatur, Windstärke, Windrichtung und Ähnliches an die nationalen Wetterdienste. Sie tauschen die Daten mit anderen Diensten aus und erzeugen Wetterprognosen, die schließlich über Zeitungen, Rundfunk und Fernsehen sowie im Internet verbreitet werden.

Seit den sechziger Jahren werden diese erdgebundenen Beobachtungen durch Wettersatelliten ergänzt. Diese liefern, je nach Umlaufbahn und Instrumentierung, Bilder der gesamten Erde oder einzelner Regionen, aus denen sich direkt die Lage von Wolkensystemen ablesen lässt. Moderne Wettersatelliten besitzen Instrumente, welche die Erdoberfläche nicht nur im Bereich des sichtbaren Lichts, sondern auch im Infraroten, also im Bereich der Wärmestrahlung, abtasten. Dadurch lassen sich Windstärke und Windrichtung ermitteln, und der Gehalt an Wasserdampf und die Temperatur in unterschiedlichen Wolkenschichten können bestimmt werden. Daraus wiederum ergibt sich beispielsweise die erwartete Niederschlagsmenge in einem Vorhersagegebiet.

Neben solchen kontinuierlichen Beobachtungen des Wettergeschehens zeigen die Aufnahmen von Wettersatelliten auch Extremwetterlagen, zu denen beispielsweise starke Gewitter oder Taifune gehören. Die Analyse von Stärke und Zugrichtung solcher Unwetter ermöglicht oft die rechtzeitige Warnung gefährdeter Gebiete, sodass die dort lebenden Menschen Vorkehrungen treffen und eventuell evakuiert werden können.

Alle Wetterdaten sowie die von der Erde in den Weltraum reflektierte Strahlung sind schließlich auch Elemente der Klimaforschung, die versucht langfristige Aussagen über die Klimaentwicklung der Erde zu treffen. Seit Ende der 1970er-Jahre entdeckt wurde, dass die vor solarer UV-Strahlung schützende stratosphärische Ozonschicht über den Polen, vor allem der Antarktis, zunehmend dünner wird, hat man neue Wettersatelliten auch zur Beobachtung dieses Phänomens gestartet.

Aufgaben von Wettersatelliten

Eine wesentliche Aufgabe von Wettersatelliten ist die Analyse der aktuellen Wetterlage, besonders in – wie zuvor bereits erwähnt - schwer zugänglichen beziehungsweise wenig besiedelten Gebieten, wie zum Beispiel Wüsten oder Ozeanen, um so einen exakten Überblick über das wetterwirksame Geschehen in der Atmosphäre zu erhalten. Voraussetzung dafür ist eine hinreichend genaue und große Auflösung der Bilder sowie eine kleine zeitliche Auflösung. Satellitendaten werden als Input für Wettervorhersagemodelle genutzt. Mit ihnen ist eine Überprüfung der Genauigkeit von Wettervorhersagen durchführbar. Die vertikalen Gradienten verschiedener meteorologischer Größen wie zum Beispiel der Temperatur können ermittelt werden, was einen großen Vorteil bei Gebieten mit wenig oder keiner Bodenmessung darstellt. Außerdem ist zusätzlich Atmosphärenforschung mit Wettersatelliten möglich, da zunehmend weniger Geld für eigens dafür entwickelte Systeme zur Verfügung steht. [4]

Arten von Wettersatelliten und das internationale Wettersatellitensystem

Unter der Führung der Welt- Wetter- Wacht und der Weltorganisation für Meteorologie haben sich mehrere Staaten zum Betrieb eines weltweiten Satellitensystems verpflichtet. Neben Europa, mit dem Meteosatprogramm, beteiligen sich die USA mit zwei GEOS Satelliten, Japan mit GMS, und Russland mit GOMS. Des Weiteren betreiben die USA und Russland in einem Gemeinschaftsprojekt drei polarumlaufende Satelliten- zwei aus der NOAA und den METEOR Reihe. Fast alle Staaten, die in der Lage sind Satelliten in den Weltraum zu starten, betreiben Wettersatelliten oder haben zumindest irgendwann einen solchen Satelliten in eine Erdumlaufbahn gebracht. Wettersatelliten befinden sich normalerweise auf geostationären oder niedrigen polaren Orbits.

Geostationäre Bahnen befinden sich in einer Höhe von etwa 36.000 Kilometern über der Erdoberfläche. Ein auf solch einer Bahn eingesetzter Satellit benötigt genau 24 Stunden für einen Erdumlauf und scheint daher vom Erdboden aus gesehen immer an derselben Stelle des Himmels zu stehen. Man bezeichnet diese Bahnen daher oft auch als geostationär. Da neben Wettersatelliten auch viele Kommunikations- und Fernsehsatelliten in solche Umlaufbahnen eingebracht werden, wird an manchen Satellitenpositionen bereits der Platz recht eng. Satelliten haben eine begrenzte Betriebsdauer von etwa zehn Jahren, danach müssen sie aus ihrem Orbit entfernt werden, um einem Nachfolger Platz zu machen. Nicht nur für die »Entsorgung«, auch für kleinere Bahnkorrekturen, die immer wieder notwendig sind, besitzt ein Wettersatellit einen kleinen Raketenmotor und einen geringen Treibstoffvorrat.

In einer geostationären Bahn überblickt ein Satellit immer den selben Ausschnitt der Erdoberfläche. Damit die gesamte Erde beobachtet werden kann, müssen daher mehrere Satelliten in passend gewählte Umlaufbahnen gebracht werden. Im weltweiten Satellitennetz decken amerikanische Satelliten das Gebiet vom Zentralpazifik bis zum Westatlantik ab, während europäische Satelliten Europa und Afrika im Blickfeld haben. Über dem Indischen Ozean bestand bis vor kurzem eine Beobachtungslücke, die erst seit jüngster Zeit durch geostationäre Satelliten abgedeckt wird. So befindet sich ein japanischer Satellit bei 140 Grad östlicher Länge, ein russischer und ein indischer Satellit stehen bei 76 beziehungsweise 74 Grad östlicher Länge.

In der Regel wird jede Satellitenposition von mindestens zwei Satelliten besetzt. Endet die nominelle Lebensdauer des ersten Satelliten, werden die Aufgaben getauscht. Ist schließlich der Ersatz des zweiten Satelliten in der Umlaufbahn angekommen, kann der erste Satellit Lücken im Beobachtungsnetz füllen oder dient als kurzfristiger Ersatz für ausgefallene Satelliten, die keine funktionsfähige Reserve besitzen.

Satelliten auf polaren Bahnen laufen aufgrund der Bahnhöhe von etwa 1.000 Kilometern in wenigen Stunden um die Erde, haben also immer einen anderen Ausschnitt der Erdoberfläche im Visier. Sie besitzen eine ähnliche Instrumentierung wie geosynchrone Satelliten. Ihre Bahn ermöglicht insbesondere Detailbeobachtungen von potenziell gefährlichen Wetterlagen, führt aber auch dazu, dass solche Regionen derzeit höchstens zweimal am Tag von einem Satelliten ins Kameraauge gefasst werden können. Geosynchrone Satelliten liefern dagegen alle 15 bis 30 Minuten ein neues Bild der Erde.

Aufbau und Funktion der Wettersatelliten

METEOSAT

Allgemeines

Seit 1977 existiert ein von mehreren europäischen Staaten betriebenes Wettersatellitenprogramm. Bis 1986 wurde dieses Programm durch die European Space Agency (ESA) betrieben und anschließend von EUMETSAT übernommen. Mittlerweile befindet sich der siebte Satellit der METEOSAT- Reihe auf einer geostationären Umlaufbahn in etwa 36000 km Höhe. 17 europäische Staaten beteiligen sich an dem Programm von METEOSAT.

Beteiligung europäischer Staaten am METEOSAT- Programm

Aufbau

METEOSAT- Wettersatelliten bestehen im wesentlichen Teil aus drei übereinander gesetzten Zylindern. Im unteren Zylinder befindet sich ein Radiometer, dessen Auftrag es ist, die Oberfläche abzutasten. Die Satellitenreihe METEOSAT hat, früher als andere weltweit operierenden Wettersatelliten, in seiner Radiosonde drei Detektoren für unterschiedliche Spektralbereiche elektromagnetischer Wellen eingebaut. Außer dem Detektor für den sichtbaren Wellenbereich hat er zwei Detektoren im Infrarotbereich. Einer nimmt die langwellige Temperaturstrahlung der Erdoberflächen, Meeresoberflächen und Wolkenoberflächen auf.

Aufbau METEOSAT

Aufbau METEOSAT

Im Computerbild erscheinen die kalten Flächen hell, die warmen dunkel. Der andere Infrarotdetektor nimmt den Wasserdampfgehalt der Luftmassen auf, noch bevor dieser zu Wolken auskondensiert, was Voraussagen begünstigt. Hinter der Öffnung auf der Oberfläche befindet sich ein Spiegelsystem, welches die Strahlung von der Erde auf das Radiometer lenkt. An der Außenseite des Zylinders sind Solarzellen für die Stromversorgung montiert. An den oberen beiden Zylindern sind, um die Kommunikation zu gewährleisten, verschiedene Antennensysteme angebracht. Das Gesamtgewicht nach dem Start und zu Beginn des operationellen Betriebes beträgt 320 kg einschließlich 39 kg Treibstoff. Der Motor wird nach der Positionierung des Satelliten in die Umlaufbahn abgekoppelt.

Funktion

Der METEOSAT- Satellit dreht sich mit 100 Umdrehungen pro Minute um die eigene Achse. Dabei wird die Erde zeilenweise abgetastet. Beginnend am Südpol ist nach 26 Sekunden der Nordpol erreicht. Das Rohbild wird dann an das Kontrollzentrum in Darmstadt übermittelt, wo es aufbereitet und wieder an METEOSAT gesendet wird, damit es anschließend die Nutzer erreicht. Nachdem das Rohbild nach Darmstadt gesendet wurde, braucht METEOSAT etwa 4 Minuten um das Spiegelsystem zurückzustellen, das heißt, dass alle 30 Minuten ein neues Bild entsteht.

Aufgaben

An METEOSAT- Wettersatelliten werden eine Reihe von Aufgaben gestellt.

• Abtastung der Erdoberfläche in drei Spektralbereichen alle 30 Minuten
• Verarbeitung der Rohdaten zu Bilddaten
• Geografische Zuordnung der einzelnen Bildpunkte verschlüsselte Aussendung der Bilddaten für PDUS- Empfangsanlagen und unverschlüsselte für SDUS- Empfangsanlagen
• Erfassung von Daten automatischer Messplattformen (z.B. Bojen) und Weiterleitung dieser Daten an das internationale meteorologische Telekommunikationssystem (GTS)
• Verteilung von Beobachtungsdaten, Wetterkarten, Vorhersagekarten, u.a. insbesondere an Wetterdienste in Afrika

Übertragungsformate

Über METEOSAT können 10 verschiedene Bildformate empfangen werden:

• C-Format: In diesem Format werden alle VIS- Bilder gesendet. Außerdem gibt es noch das CNDFormat, hier werden VIS- Bilder im Infrarotformat gesendet.
• D- Format: alle Bilder im 11-µm- Infrarotbereich
• E-Format: Die E- Formate entsprechen exakt den D- Formaten. Da es Bilder im 6-µm-Infrarotbereich sind, wird mit ihnen die Wasserdampfkonzentration der oberen Troposphäre dargestellt.
• ADMIN- Format: In diesem Format werden verschiedene Meldungen übermittelt. Es sind maximal 44 Zeilen zu 66 Zeichen. Normalerweise bezieht sich der Inhalt des Textes ausschließlich auf Informationen, die den Betrieb des Satelliten betreffen.
• M-Format: Format, in dem Wetterkarten gesendet werden.
• CTH- Format: bei dem Cloud Top Height - Format werden mit der Auflösung von 20 km mal 20 km die Wolkenoberhöhen dargestellt. Schwarz zeigt an, dass keine Wolken über 3000 m vorhanden sind. Weiß dagegen markiert Wolken über 12000 m. Dazwischen werden die Wolken in sechs Graustufen in Ebenen von je 1500 m dargestellt.
• TEST- Format: es werden zur Zeit zwei verschiedene Testbilder gesendet, eines besteht aus 32 Graustufen, bei dem anderen sind auch alphanumerische Zeichen und Testmuster vorhanden
• R- und Y- Formate: überarbeitete Infrarotbilder von dem Satelliten GOES-E
• Z- Format: GOES-E Bilder im sichtbaren Bereich

METEOSAT Second Generation (MSG)

Allgemeines

Dieser Satellit macht mit 12 Spektralkanälen alle 15 Minuten Bilder in einer höheren Auflösung von der Erde. Aus diesen Satellitendaten lassen sich deutlich mehr Informationen ableiten und so genauere Vorhersagen machen. Es sind auch Untersuchungen über Vegetation, Niederschlag, Wolkenstatistiken, Strahlungsbilanzen und vor allem in einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung möglich.

• 
  Aufbau METEOSAT 2

Funktion

• Zeilenweise Abtastung, beginnend an Südpol
• Kompletter Scan dauert 12 Minuten
• 3 Minuten werden für das Zurückfahren des Spiegels und Nutationsdämpfung benötigt
• alle 15 Minuten wird ein neues Bild geliefert

Mitte 2006 begann MSG-1, nun offiziell Meteosat 7 genannt eine Driftphase nach 57.5 Grad Ost, über dem indischen Ozean, wo er Meteosat 5 ersetzen soll, der am Ende seiner Lebensdauer angekommen ist.

NOAA-TIROS

= Television and Infrared Observation Satellite

Allgemein

Hierbei handelt es sich um eine Serie polarumlaufender amerikanischer Wettersatelliten. Sie umkreisen die Erde in einer Höhe von 816 km (NOAA-10/12) beziehungsweise 863km (NOAA-9/11/14) in circa 100 Minuten einmal. Mit jedem Umlauf wird ein Streifen der Atmosphäre aufgenommen. Da sich die Erde pro Satellitenumlauf um etwa 30 Grad weiterdreht, wird nicht immer der gleiche Bereich aufgenommen. Die einzelnen Streifen werden zu einem Gesamtwetterbild kombiniert. Das Gewicht des Satelliten beträgt 1009 kg, davon beträgt die Nutzlast 386 kg. Die Länge eines NOAA- TIROS beträgt 3.71 m und die Breite 1.88 m. Die Kommunikationsfrequenzen liegen zwischen 120 MHz und 1.7 GHz. Derzeit sind nur noch NOAA-12 und NOAA-14 aktiv. Die amerikanische Entsprechung der EUMETSAT ist die NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), eine Behörde, welche zusammen mit der NASA Wettersatelliten betreibt. Dabei decken die USA, bedingt durch die breite geographische Ausdehnung ihres Territoriums, gleich zwei Satellitenpositionen ab und ermöglichen Wetterbeobachtungen vom mittleren Pazifik bis zum Westatlantik. Die wichtigste Plattform der NOAA sind die geostationären GOES-Satelliten, deren zehnter 1997 in eine Umlaufbahn gebracht wurde. Er wird auf der westlichen Position, als GOES-W bezeichnet, bei 135 Grad westlicher Länge eingesetzt (die als GOES-E bezeichnete östliche Position liegt bei 75 Grad westlicher Länge).

Funktion und Instrumente

Das Radiometer AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) nimmt Strahlungsinformationen über 5 Spektralkanäle in einer Breite von 1440 km und einer Abtastrate von 360 Zeilen pro Minute auf. Das HIRS/2 (High Resolution Infrared Radiation Sounder) ist ein 20 Kanal-Messgerät, das die Erde mit einer Auflösung von 20.4 km in einer Breite von 2240 km abtastet. Dabei werden hauptsächlich Daten im Infrarot-Bereich aufgenommen. Aus diesen Daten werden vertikale Temperaturprofile (0-40 km), der absolute Ozongehalt sowie der Wasserdampfgehalt in drei Schichten berechnet. Das MSU (Microwave Sounder Unit) ist ein 4-Kanal Spektrometer. Es nimmt in einer Breite von 2348 km und einer Auflösung von 105 km Daten aus dem 5.5 µm- Sauerstoffband auf. Diese Daten dienen der Bestimmung eines vertikalen Temperaturprofils bis zu 20 km Höhe. Das SEM (Space Environment Monitor) ist verantwortlich für die Erfassung von Elektronen, Protonen (Sonnenwind) und Ionen von 30 Elektronen Volt bis über 60 Mega Elektronen Volt, beziehungsweise für die Erfassung von Elektronen und Protonen (Sonnenwind). CO2-Strahlung wird mit dem SSU (Stratospheric Sounder Unit) aus der obersten Atmosphärenschicht gemessen. Die Auswertung der Daten ergibt ein Temperaturprofil der Stratosphäre zwischen 25 und 50 km Höhe. Die zwei Hauptinstrumente dieser Satelliten sind der Imager, der in fünf spektralen Kanälen infrarote und optische Daten des Wettergeschehens liefert, sowie der Sounder, ein Radiometer, das in neunzehn Kanälen ergänzende Messungen durchführt. Daneben tragen die GOES-Satelliten noch Magnetometer und Röntgendetektoren, eingesetzt unter anderem zur Untersuchung von solaren Einflüssen auf die Magnetosphäre der Erde. Sie messen beispielsweise auch die Konzentration des von der Sonne ausgehenden Teilchenstroms, des Sonnenwinds. Steigt die Teilchendichte aufgrund von solaren Eruptionen drastisch an, kann dies aufgrund zusätzlicher elektrischer Ströme Satellitenstörungen verursachen, die bis zum Totalausfall reichen. Man bezeichnet diese Phänomene neuerdings als Weltraumwetter, auch hier sind Vorhersagen möglich und für die Satellitenbetreiber von großer Wichtigkeit.

NOAA-GOES

Allgemeines

Bei NOAA- GOES handelt es sich um geostationäre amerikanische Wettersatelliten. Der GOES-8, Start 1994, war der erste Satellit, der wesentlich verbesserten GOES-NEXT Serie. Auf dieser neuen Satellitenserie ist der GOES-Imager der wichtigste Sensor, der die Erde in 12 spektralen Kanälen alle 15 Minuten abbildet. Das GOES Programm ist ein Schlüsselelement des NWS (National Weather Service).Die bildliche Wetterdarstellung wird für Wettervorhersagen, der Verfolgung starker Stürme und für andere meteorologische Forschungen genutzt. Technische Verbesserungen des geostationären Satellitensystems seit 1974 waren verantwortlich für die Entwicklung des GOES-Systems, das nun ein grundlegendes Element für die U.S. Wetterüberwachung und Voraussage ist. GOES I-M befinden sich in einer Höhe von 35790 km über der Erde. Sie liefern Bilder für die Vereinigten Staaten von Amerika und benachbarter Gebiete, wie der Pazifik, der Atlantik, Zentral- und Südamerika.

• 
  GOES-2-Satellit
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  GOES-4-Satellit
• 
  GOES-8-Satellit
• 
  Hurricane Katrina aufgenommen mit GOES-12

METEOR

Allgemeines

METEOR ist eine russische Satellitenserie für operationelle Anwendungen. Auf METEOR-I, METEORII und METEOR-III wurden eine Vielzahl von Sensoren installiert, wie optische, multispektrale Scanner sowie Spektrometer für ein vertikales Sondieren der Atmosphärentemperatur (0-30km). Die Bahnhöhe beträgt zwischen 900 und 1300 km nominal, es handelt sich dabei nicht um eine sonnensynchrone Umlaufbahnen. Die Umlaufdauer beträgt je Satellit zwischen 104 –109 Minuten .

Funktion und Instrumente

Die Erdoberfläche wird im sichtbaren Bereich von 0,5 - 0,8μm in einer Breite von 1000km mit einer Auflösung von 1 bis 2 km (im Subsatellitenpunkt) abgetastet. Das IRR (Infrarot-Radiometer) tastet die Erdoberfläche im Bereich von 10,5 - 12,5μm in einer Breite von 3100km und einer Auflösung von 3km (bei Direktübertragung) beziehungsweise von 0,7-1,4km (bei Übertragung gespeicherter Daten) im Subsatellitenpunkt ab. Die gespeicherten Daten dienen der Bestimmung von den Oberflächentemperaturen von Meeren und der Höhe von Wolkenoberkanten.

http://www.tel.fh-htwchur.ch/satelitenbuch/6Wetter.PDF</ref>

GMS

= Geostationary Meteorological Satellites

Allgemeines

GMS sind geostationäre japanische Wettersatelliten. Japan schoss den ersten GMS-Satellit am 14. Juli 1977 in die Umlaufbahn. Der letzte Satellit, GMS-4 wurde am 6. September 1989 in die Umlaufbahn gebracht. Die GMS erheben Daten über die Wolkenverteilung und über Winde. Wichtig sind diese vor allem für die Voraussage von Taifunen und Orkane über dem Ozean. Mit dem VISSR Radiometer(Visible and Infrared Spin Scan Radiometer) werden Gebirge und Inseln, wie auch Flugzeuge und Schiffe wahrgenommen.Die Wettersatelliten werden im pazifischen Ozean bei 120° Ost positioniert. Es handelt sich um Lizenznachbauten der Amerikanischen GOES 1-3 Serie, mit gleichen technischen Daten. Die japanischen Satelliten werden nach einem gelungenen Start getauft, alle auf den Namen Himawari. Vom 14.7.1977 bis zum 18.3.1995 wurden insgesamt 5 Modelle mit Startmassen von 670-746 kg auf japanischen Trägerraketen gestartet.

http://www.tel.fh-htwchur.ch/satelitenbuch/6Wetter.PDF</ref>

MTSAT

Allgemeines

Der MTSAT- 1R ersetzte 2005 die japanischen GMS- Satelliten. Er ist wie sein Vorgänger ein geostationärer Satellit und steht bei 140° Ost. Er liefert 30- minütlich Aufnahmen der nördlichen Hemisphäre. Zusätzlich zu den bereits aus dem GMS bekannten Kanälen wurde noch ein weiterer Infrarotkanal hinzugefügt (IR 4 bei 3,5 - 4 μm). Die geometrische Auflösung der Infrarotkanäle hat sich auf 4000 m verbessert, die des Kanals im sichtbaren Bereich auf 1 km. Die Umlaufbahn des geostationären Satelliten befindet sich in 36.000 km Höhe. 2006 erreicht der Nachfolger MTSAT- 2 die Umlaufbahn.

Aufgaben und Funktion

MTSAT- Satelliten verknüpfen meteorologische Dienste und Kommunikationsdienste. Diese Satelliten übertragen Korrektur- und Integritätsdaten für Satellitennavigationssysteme wie GPS für Japan. Das System wird betrieben von der meteorologischen Behörde und dem japanischen Ministeriums für Infrastruktur und Transport. Ein Radiometer scannt die Erdoberfläche in Zeilen ab. Jede Zeile besteht aus einer Reihe von individuellen Bildelementen oder Bildpunkten. Für jeden Bildpunkt misst das Radiometer die Strahlungsenergie der verschiedenen spektralen Bänder. Diese Messwerte werden digital codiert und der Bodenstation für die Aufbereitung vor der Weitergabe zu den Benutzern übersandt.

Fengyun (FY)

Allgemeines

Die polarumlaufende Satellitenreihe FENGYUN besteht aus mittlerweile 4 verschiedenen Satelliten. Die ersten beiden, 1988 und 1990 gestartet, hatten wie die NOAA- Satelliten 5 Kanäle und sendeten ihre Daten auch im gleichen Format. FENGYUN-1C/D sind bereits Satelliten der zweiten Generation. Ihre Radiometer tasten die Erde in insgesamt 10 Kanälen ab. FY-1C wurde am 10.5.1999 gestartet, FY-1D am 15.5.2002. Beide sind bis heute in Betrieb und arbeiten ausgezeichnet. Die FENGYUN- Satelliten umrunden die Erde in 866 km Höhe über dem Erdboden. Ihre Umlaufzeit beträgt. 102,3 Minuten. Es werden Aufnahmen in 10 unterschiedlichen Spektralbereichen getätigt. 2006 wurde FENGYUN- 2D in die Umlaufbahn gebracht.

Aufgaben und Funktion

Hauptanwendungsgebiete der Satelliten sind die Erforschung der Atmosphäre, der Vegetation und der Erd- und Wasseroberfläche. Pixelauflösung am Boden beträgt im Subsatellitenpunkt 1,1 km x 1,1 km. FENGYUN- 2D führt eine kontinuierliche meteorologische Überwachung der Erde durch. Zudem kann der Satellit Klima-, Meeres- und Wasserdaten sammeln und weitersenden sowie die durch die Sonne verursachte Röntgenstrahlung und die Weltraumstrahlung überwachen. Außerdem wird FENGYUN – 2D zusammen mit FENGYUN- 2C eine synchrone dreidimensionale Satellitenüberwachung der Erde durchführen. Ziel ist die Errichtung eines langfristigen, stabilen und kontinuierlichen meteorologischen Satellitenüberwachungssystems.

GOMS

Allgemeines

Die ehemalige Sowjetunion verfolgt ein ähnliches System wie die USA. Vom Äquator aus werden allerdings polnahe Gebiete auf den Bildern stark verzerrt. Die ehemalige Sowjetunion liegt sehr weit nördlich, und daher waren für sie polare Wettersatelliten erheblich wichtiger, zumal sie über eine große Landmasse nahe dem Nordpol verfügt und so sehr leicht Aufnahmen bei jedem Umlauf empfangen kann. Von einem geostationären System hat die ehemalige Sowjetunion so gut wie keinen Nutzen und baute es nur auf, um internationalen Abkommen nachzukommen. Ursprünglich wollte die ehemalige Sowjetunion einen eigenen geostationären Satelliten starten. Dazu kam es allerdings nicht mehr. Der erste und bislang einzige geostationäre Wettersatellit der ehemaligen Sowjetunion wurde erst 1994 gestartet. Nach der Ankunft im Orbit bei 76° West erfolgte die Umbenennung in ELEKTRON. Der Satellit wiegt im Orbit 2580 kg, ist dreiachsenstabilisiert und verfügt über eine Stromversorgung von 1500 Watt. Innerhalb von 24 Stunden konnten nur 24 Bilder im Halbstundenabstand gewonnen werden, d.h. die Hälfte des Tages lieferte der Satellit keine Bilder. Die Daten wurden nicht sofort zur Bodenstation gesendet, sondern alle 3 Stunden abgerufen. Dadurch war der Nutzen des Satelliten nicht den Erwartungen entsprechend groß, vor allem für nicht sowjetische Nutzer. Es blieb daher auch bei diesem einen Start des GOMS-Wettersatelliten.

Metop

Allgemeines

Im Frühjahr 1998 haben die Mitgliedstaaten der beiden Organisationen EUMESAT und ESA beschlossen, eigene polarumlaufende Satelliten zu bauen, die METOP-Serie. Sie sollen die Erde in rund 835 km Höhe umrunden. Insgesamt sind drei 4.5 Tonnen schwere Satelliten geplant, Metop-1 (Operationeller Satellit für Meteorologie und Klimaüberwachung) soll 2003 starten. Mit insgesamt drei als Metop bezeichneten Satelliten, die in eine polare Umlaufbahn in 800 Kilometer Höhe transportiert werden, sollen somit Windgeschwindigkeit und Windrichtung an der Meeresoberfläche, Temperatur und Luftfeuchte in der unteren Atmosphäre sowie die Konzentrationen atmosphärischer Spurengase untersucht werden. Zusammen mit den entsprechenden amerikanischen und russischen Satelliten auf niedrigen polaren Bahnen lassen sich weiterhin Risikowetterzonen und die generelle Klimaentwicklung besser beobachten.Meteop umrundet die Erde in einer leicht geneigten polaren Umlaufbahn (98.7 Grad Neigung) in 800-850 km Höhe 14 x am Tag. Ein Umlauf dauert etwa 100 Minuten. Alle 5 Tage decken seine Instrumente die gesamte Erde ab.

Funktion und Instrumente

Es werden Instrumente verwendet, die von ESA, Eumesat und NOAA vorausgesetzt sind. Einige Verbesserungen sind die erhöhte Plattform, eine bessere Aufzeichnungsleistungsfähigkeit, ein besseres Kommunikationssystem und eine größere Nutzlast. Die METOP-Serie soll die NOAA-TIROS Satelliten ergänzen.

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  Aufbau METOP
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  Darstellung des METOP
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  METOP

Elektro-L

Der 1740 Kilogramm schwere Elektro-Satellit (internationale Bezeichnung GOMS) wird derzeit in der Produktionsvereinigung Lawotschkin gebaut. Er soll eine Lebensdauer von zehn Jahren haben. Der Start ist für 2007 vom Weltraumbahnhof Baikonur in Kasachstan geplant.

Erdbeobachtungssatelliten

Mit Erdbeobachtungssatelliten bezeichnet man Satelliten, welche speziell zur Erdbeobachtung aus dem Weltall entwickelt wurden. Diese sind den Gravitationskräften ausgesetzt und umkreisen die Erde in bestimmten Umlaufbahnen. Der Radius der Umlaufbahn steht dabei in genauem Bezug zur Geschwindigkeit des Satelliten. Das heißt, dass laut Newton’schen Gesetz die Bahngeschwindigkeit mit zunehmender Höhe (zwischen 500 bis 36.000 km) abnimmt. Die Erdbeobachtungssatelliten befinden sich in Erdnähe. Satellitensysteme, die sich weiter entfernt befinden, werden als Wetterbeobachtungs- bzw. Telekommunikationssatelliten bezeichnet.

Technische Ausstattung der Erdbeobachtungssatelliten

Jeder Satellit ist mit Sensoren ausgestattet, welche das reflektierte Licht aufnehmen. Erdbeobachtungssatelliten haben mehrere Sensoren, um Strahlung aus bestimmten Bereichen des Spektrums empfangen zu können. Diese Bereiche werden auch als Kanäle bezeichnet. Diese Kanäle sind Photodioden, welche die Rückstrahlung der Erde in einem ausgewählten Spektralbereich empfangen. Grün wird beispielsweise nur im sichtbaren Bereich oder im Infrarot-Bereich empfangen.

verschiedene Erdbeobachtungsatelliten

LANDSAT und SPOT

Zu den multispektralen Satelliten zählen zum Beispiel die Satelliten der LANDSAT-Serie (Landerkundungssatelliten) oder der französische Satellit SPOT (Système Probatoire d’Observation de la Terre), welche die Erde auf polarer oder fast polarer Umlaufbahn in 700 km bis 900 km umkreisen. Der Scannvorgang der Erdoberfläche erfolgt zeilenweise, was bedeutet, dass Erdbeobachtungssatelliten alle Gebiete der Erde in bestimmten Zeitabschnitten überfliegen und relevante Eigenschaften dieser durch Abtasten erfasst. Das Prinzip der Abtastung der Erdoberfläche soll nun am Beispiel des Scanners Thematic Mapper (TM), welcher auf allen LANDSAT-Satelliten installiert ist, erklärt werden. Mit LANDSAT-1 wurde 1972 die digitale Datenerfassung eingeführt. Dieser ist Bestandteil einer seit 1972 siebenteiligen Serie von LANDSAT-Satelliten. Die Abtastung wird durch einen oszillierenden Abtastspiegel vorgenommen, der quer zur Flugrichtung die von der Erde reflektierte Strahlung, sowie die emittierte Wärmestrahlung erfasst. Die spektrale Zerlegung der einfallenden Strahlung wird für jeden der 7 Kanäle auf sechs elektronische Detektoren verteilt, welche die Umsetzung der, von den Kanälen empfangene Strahlung in elektrische Signale realisiert. Für die einzelnen Pixel, welche die erfassten Bildpunkte darstellen, wird vom Satelliten für jeden Spektralbereich die gemessene Intensität der Strahlung zur Erde übermittelt. Das endgültige Bild, was dann entsteht, kann als LANDSAT-Szene bezeichnet werden. Durch die sieben schmalbandigen Spektralbereiche konnte so die Bestimmung von Gesteinsarten, Böden oder Vegetationsarten erfolgen. LANDSAT-1 bis 3 verfügten über einen MSS (Multispectral Scanner), LANDSAT-4 bis 5 über den bereits erläuterten TM und LANDSAT-7 über den ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus). Der SPOT-Satellit (Start: 22. Februar 1986) hingegen verfügt über eine neuere Aufnahmetechnik, welche aus zwei baugleichen opto-elektronischen HRV-Systemen (Haute Résolution Visible) besteht. Hier geschieht die Abtastung der Erdoberfläche zum einen durch den panchromatischen Breitbandmodus, zum anderen durch den multispektralen Modus für drei Spektralbereiche, um die Erdoberfläche abzutasten.

NOAA

Ein weiterer Typ Satellit mit meteorologisch-hydrologischer Orientierung ist der NOAA-Satellit, welcher die gesamte Erdoberfläche, dank der großen Streifenbreite von 2400 km erfassen kann. Durch diese vergrößerte Streifenbreite gestaltet sich die räumliche Auflösung wesentlich geringer. Der NOAA-Satellit ist mit einem AVHRR-Sensor (Advanced Very High Resolution Radiometer) ausgestattet, der jedoch im Vergleich zu den Sensoren von LANDSAT-Satelliten nur auf fünf Kanälen empfängt. Deren Messungen ermöglichen eine aktuelle und weltweite Bestimmung der Meeresoberflächentemperatur, Eis- bzw. Schneebedeckung, sowie den Vegetationszustand.

ERS-1 und ERS-2

Weitere Erderkundungssensoren sind beispielsweise die Radarsatelliten ERS-1 und ERS-2 (European Remote Sensing Satellite), welche von der ESA, der europäischen Weltraumorganisation, entwickelt wurden. ERS-1 wurde im Juli 1991 in einen fast polaren sonnensynchronen Umlauf gebracht, ist aber seit 2000 nicht mehr aktiv. Als zentrales Instrument fungierte das SAR (Synthetic Aperature Radar), welches die Erde über ein aktives Radarverfahren (Mikrowellen) im Bereich von 5 GHz abtastete. Die reflektierten Echosignale erzeugten ein Bild der Erdoberfläche. Besondere Anwendungsbereiche fand der ERS-1 beim Monitoring von tropischen Gebieten mit häufiger Bewölkung. Hier spielte beispielsweise die Ermittlung der Rodungstätigkeit in Regenwäldern eine relativ große Rolle. Das SAR beruht auf zwei Verfahrensweisen zur Abtastung der Erdoberfläche: erstens den Bildmodus, welcher eine Abbildung der Erdoberfläche parallel zur Flugbahn erstellt, zweitens den Wellenmodus, der die Richtung und die Länge von Meereswellen erfasst, wobei Wellenhöhen über Radarhöhenmesser ermittelt werden können. Des Weiteren sind Windgeschwindigkeit- und richtung erfassbar. Über einen IR-Sensor ist auch die Messung der Temperatur an der Meeresoberfläche und an der Wolkenobergrenze, sowie der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre möglich. Der ERS-2, welcher 1995 in den Orbit geschickt wurde, verfügt zusätzlich über ein GOME (Global Ozone Monitoring Experiment), welcher die Messung von der Menge und Verteilung des Ozons und anderer Spurengase in der Atmosphäre ermöglicht.

ENVISAT

Der Nachfolger der ERS-Satelliten trägt den Namen ENVISAT (Enviromental Satellite) und startete am 1. März 2002 in einen sonnensynchronen polaren Orbit. Von dieser polaren Umlaufbahn in 800 km Höhe umkreist der Satellit mit einer Bahnneigung von 98° alle 35 Tage einmal die gesamte Oberfläche unseres Planeten, wobei sich der Satellit zwei Drittel dieser Zeit über Ozeanen und Meeren befindet. ENVISAT erfasst mit seinen zehn Beobachtungsinstrumenten den Zustand verschiedenster Parameter von Erde, Wasser und Luft der Erde. Der Sattelit ist beispielsweise ausgerüstet mit dem Beobachtungsinstrument MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer), welches die Strahlung in fünfzehn verschiedenen Frequenzbändern im sichtbaren und so genannten "Nahen Infraroten" Wellenbereich misst und so die Farbe der Ozeane, sowie auch die verschiedenen Wachstumsphasen von Vegetation oder Wolkenbildung bzw. die Luftfeuchtigkeit der Atmosphäre erfassen kann. Des Weiteren ist der Satellit mit dem AATSR (Advanced Along Track Scanning Radiometer)bestückt, welches Oberflächentemperaturen beispielsweise der Ozeane misst. Ähnlich wie seine beiden Vorgänger, verfügt der Satellit ENVISAT über zwei Radargeräte (RA-2 (Radar Altimeter) und ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar)), die zur Bestimmung von Wellenhöhen und -richtungen sowie Windbewegungen geeignet sind. Die Betriebsdauer von ENVISAT ist auf fünf Jahre ausgelegt, aber aufgrund der Erfahrungen mit den beiden Vorgängersatelliten ERS-1 und ERS-2 hoffen die Projektverantwortlichen auf eine deutlich längere Nutzungsdauer.

A-Train-Projekt

Bei Betrachtung der Erdbeobachtungssatelliten muss letztlich noch das Projekt A-TRAIN erwähnt werden, welches Teil eines längerfristigen Forschungsprogrammes der NASA namens Earth Observing System (EOS) ist. Hierbei handelt es sich um fünf amerikanisch-französische Satelliten (Aqua, Aura, CloudSat, PARASOL und Calipso), die sich alle in einer Höhe von etwa 700 km befinden, die Erde in einer polaren, sonnensynchronen Erdumlaufbahn umkreisen und alle eine Bahnneigung von ca. 98° haben. 2008 soll das A-TRAIN noch um einen weiteren Satelliten mit dem Namen OCO (Orbiting Carbon Observatory) erweitert werden, wobei bei einem Zusammenschluss mehrer Instrumente erstmals eine umfassende Analyse der Wolken und der Aerosole möglich sein wird.

Satelliten des A-Trains-Projektes

Aqua

Aqua ist ein Satellit der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtsbehörde NASA, welcher am 04.Mai 2002 in den Orbit startete. Der Satellit ergänzt sich aufgrund der Flugbahn hervorragend mit dem bereits 1999 gestarteten Satelliten mit dem Namen TERRA. Die Aufgaben von Aqua beschränken sich auf die Bereiche Verdunstung, Wolken und Niederschlag sowie den Anteil von Aerosolen in der Atmosphäre, aber auch Veränderung von Strömungen in den Ozeanen. Ausgerüstet ist der Satellit mit sechs Instrumenten, welche in Kombination eine leistungsfähige Erdbeobachtung möglich machen (AIRS (Atmospheric Infrared Sounder), AMSU (Advanced Microwave Sounding Unit), HSB (Humidity Sounder for Brazil), CERES (Clouds and the Earth’s Radiant Energy System), MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer), AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer – EOS)).

Aura

Der Satellit AURA startete am 09. Juni 2004. Er soll die Zusammensetzung der Erdatmosphäre, besonders die Ozonkonzentration beobachten. Der Satellit ist im Vergleich zu den anderen Satelliten des A-Trains mit verhältnismäßig wenigen Instrumenten ausgestattet. Folgende Messgeräte sind vorhanden: High Resolution Dynamics Limb Sounder (HIRDLS), Ozone Monitoring Instrument (OMI), Microwave Limb Sounder (MLS) und Tropospheric Emission Spectrometer (TES).

Calipso und CloudSat

Die beiden Satelliten Calipso und CloudSat wurden mit einer leichten zeitlichen Verzögerung am 30. April 2006 in den Orbit geschossen. Grund dafür ist das Erreichen des Zieles, dass sich die zwei Satelliten möglichst nah nebeneinander befinden und lediglich 15 Sekunden Flugzeit zwischen beiden ist. CloudSat verfügt über das Beobachtungsinstrument Cloud Profiling Radar (CPR), mit dem erstmals 3D-Daten über das Innere von Wolken geliefert werden können. Zudem können Aussagen über die vertikale Struktur von Wolken getroffen werden. Calipso hingegen hat ein so genanntes „Lidar“-System mit an Bord, mit dem vor allem der Aerosolgehalt in verschiedenen Höhen der Atmosphäre gemessen werden kann. Mit zwei weiteren Messgeräten, wird Calipso die Messungen des Satelliten CloudSat ergänzen, um so möglichst detaillierte Informationen über die Dicke, Höhe und Schichtung von Wolken zu erfahren.

PARASOL

Der französische Satellit PARASOL startete am 18. Dezember 2004 in Kourou. Der Satellit ist mit dem Messinstrument POLDER ausgestattet, welches die Eigenschaften der Strahlung sowie mikroskopische Zusammensetzung der Wolken und Schwebeteilchen in der Luft beobachtet.