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Thema des Tages

Wettersatelliten


Wie große Augen aus dem Weltall schauen sie auf die Erde herab und 
liefern uns weltumspannende Messdaten. Wettersatelliten sind aus der 
modernen Wettervorhersage kaum mehr weg zu denken. 


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 dreidimensionalen 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 sowie auch nur vergleichsweise wenige Daten von 
Wetterbalons und Flugzeugen aus der freien Atmosphäre 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. Etwa 80 % 
aller Messdaten, die in Wettermodelle eingehen, stammen von 
Satelliten. In den letzten 10 Jahren hat sich diese Datenmenge nahezu
verdoppelt. So fallen die aktuellen Ausfälle der Messdaten von 
Flugzeugen durch die Corona-Krise dank Wettersatelliten nicht so 
stark ins Gewicht.

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 polarumlaufenden 
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 polarumlaufenden 
Satelliten wie zum Beispiel die europäischen MetOp-Satelliten oder 
die amerikanischen NOAA-Satelliten liefern auch genaue 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 Radiospektrometern. Doch wird 
nicht nur Strahlung im sichtbaren Bereich des Spektrums 
(reflektiertes Sonnenlicht) gemessen, sondern auch die unsichtbare 
Infrarotstrahlung. 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 die der Meteosat Third Generation 
(MTG), die die zweite Generation ablösen sollen, werden mit neuen 
Instrumenten Daten in höherer Qualität sammeln. Neben einer deutlich 
höheren Auflösung wird es dann zum Beispiel auch möglich sein, Blitze
direkt aus dem All zu detektieren und besser aufgelöste 
Vertikalprofile von Temperatur und Feuchte zu bekommen.


Dipl.-Met. Christian Herold
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale 
Offenbach, den 14.05.2020

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