Wettersatelliten

Vor über 50 Jahren hatten es die Meteorologen mit der Erstellung
ihrer Wetterprognosen wirklich nicht leicht. Für jede Vorhersage
mussten die dafür nötigen physikalischen Felder wie Luftdruck,
Temperatur und Feuchte mühselig aus spärlich vorhandenen
Beobachtungsdaten interpoliert werden. Diese Daten stammten meist von
ungleichmäßig verteilten Wetterstationen an Land. Informationen aus
höheren Schichten der Atmosphäre bekam man nur von einigen wenigen
Messungen, die mittels Wetterballons gemacht wurden. Über den Meeren,
die immerhin 71 % unserer Erdoberfläche bedecken, erhielt man
abgesehen von ein paar sporadischen Schiffsmeldungen so gut wie
überhaupt keine Daten.

Heutzutage haben es die Meteorologen bei ihren Vorhersagen schon
deutlich leichter. Numerische Wettermodelle, die auf Supercomputern
gerechnet werden, lösen die physikalischen Gleichungen und berechnen
unser Wetter für mehrere Tage in die Zukunft. Sie bilden somit die
Basis der modernen Wettervorhersage. Für diese Berechnungen ist es
allerdings unerlässlich, den 3-dimensionalen Anfangszustand der
Atmosphäre so genau wie möglich zu erfassen. Da man aber heute über
den Meeren ebenfalls nur einige Messungen von Bojen, Bohrplattformen
und Schiffen zur Verfügung hat, sind Wettersatelliten aus der
modernen Wettervorhersage nicht mehr weg zu denken. Wie große Augen
aus dem Weltall schauen sie auf die Erde herab und liefern uns
weltumspannende Messdaten.

Die Geschichte der Satellitenmeteorologie begann am 1. April 1960 mit
dem amerikanischen Satelliten TIROS 1. Er war der erste Satellit, der
ausgerüstet mit einer Kamera Bilder von Wolkenfeldern aus dem All zur
Erde sendete. Heute umspannt ein ganzes Netz von Wettersatelliten den
Erdorbit.

Man unterscheidet zwischen geostationären und polar umlaufenden
Wettersatelliten. Die geostationären Satelliten, wie zum Beispiel der
europäische METEOSAT-10, befinden sich in einer Höhe von 35786 km
über dem Äquator. Von der Erde aus betrachtet steht er immer an einem
festen Punkt, da seine Umlaufzeit der Rotationsdauer der Erde
entspricht. Die geostationären Satelliten liefern alle 5 Minuten ein
Bild mit einer Auflösung von etwa 1 km. Die Auflösung nimmt jedoch an
den Bildrändern und in Richtung der Pole ab. Die polar umlaufenden
Satelliten wie zum Beispiel die europäischen MetOp-Satelliten oder
die amerikanischen NOAA-Satelliten liefern auch genau Daten von den
Polen. Diese tasten die Erde beim Flug von Pol zu Pol in einer Höhe
von etwa 800 km ab. Jedoch benötigen sie für einen Umlauf 101
Minuten. Die Erdoberfläche wird dabei in 12 Stunden einmal komplett
abgetastet.

Wettersatelliten messen die von der Erde reflektierte oder
ausgesendete Strahlung mit abbildenden Spektroradiometern. Doch wird
nicht nur Strahlung im sichtbaren Bereich des Spektrums
(reflektiertes Sonnenlicht) gemessen, sondern auch die unsichtbare
Infrarot-(Wärme)strahlung. Da die Erde auch nachts Wärmestrahlung im
Infrarotbereich aussendet, kann man somit auch nachts
Satellitenbilder empfangen. Kombiniert man mehrere Messbereiche des
Spektrums sowohl im infraroten wie auch im sichtbaren Bereich, so
kann man daraus verschiedene physikalische Eigenschaften der
Atmosphäre ableiten. Zum Beispiel erhält man für jeden Bildpunkt
Informationen über die Verteilung des Wasserdampfs, physikalische
Eigenschaften von Wolken und sogar Vertikalprofile der Temperatur.
Des Weiteren erfassen sie zum Beispiel mit einem Radarsystem die
Struktur der Meeresoberfläche um daraus Windrichtung und
-geschwindigkeit zu ermitteln. Der Satellit CALIPSO sendet einen
Laserstrahl in die Atmosphäre und sammelt aus der Rückstreuung an
Staub, Molekülen und Wolken Daten zur Erforschung der Einflüsse von
Wolken und Staubpartikeln auf das Wetter. Damit liefern
Wettersatelliten nicht nur Daten für die Eingabefelder für
Wettermodelle, sondern auch wertvolle Informationen zur Analyse der
aktuellen Wetterlage und aktuelle Daten für die Atmosphärenforschung.
Zukünftige Wettersatelliten wie Meteosat Third Generation (MTG), die
die zweite Generation ablösen sollen, werden mit neuen Instrumenten
Daten in höherer Qualität sammeln.

Dipl.-Met. Christian Herold
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 27.02.2017

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