#DWD -> #Thema des Tages 2021-11-14: Wettersatelliten

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 wegzudenken.

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 Wetterballonen 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
Wettervorhersagemodelle, 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
wenige Messungen von Bojen, Bohrplattformen und Schiffen sowie auch
nur vergleichsweise wenige Daten von Wetterballonen und Flugzeugen
aus der freien Atmosphäre zur Verfügung hat, sind Wettersatelliten
aus der modernen Wettervorhersage nicht mehr wegzudenken. 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.
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 sandte. Heute umspannt ein ganzes Netz von Wettersatelliten den
Erdorbit.
Dabei unterscheidet man zwischen geostationären und polarumlaufenden
Wettersatelliten. Die geostationären Satelliten, wie zum Beispiel der
europäische METEOSAT-11, 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 durch die Erdkrümmung 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. Sie 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 folglich in 12 Stunden
einmal weitgehend 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 Satelliten zum Beispiel mit einem Radarsystem
die Struktur der Meeresoberfläche um daraus Windrichtung und
-geschwindigkeit zu ermitteln. Noch weiter geht der Satellit CALIPSO.
Er 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 der
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), der voraussichtlich Ende 2022 ins All startet, werden mit
neuen Instrumenten Daten in höherer Qualität sammeln. Neben einer
deutlich besseren Auflösung wird es dann zum Beispiel auch möglich
sein, Blitze direkt aus dem All zu detektieren und feiner aufgelöste
Vertikalprofile von Temperatur und Feuchte zu bekommen.

Dipl.-Met. Christian Herold
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 14.11.2021

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