Thema des Tages


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Satellitenmeteorologie (Teil 2) - Bunte Bilder für die Wetteranalyse



Heute zeigen wir, wie man mit einer geschickten Technik farbige 
Satellitenbilder erzeugen kann, die den Meteorologen zahlreiche 
Anwendungsmöglichkeiten bieten.


Wettersatelliten sind in der heutigen modernen Meteorologie nicht 
mehr wegzudenken. Mit ihrem Blick aus dem Weltall auf unsere Erde 
leisten sie unter anderem unschätzbare Dienste bei der Wetteranalyse.
Im ersten Teil dieser Reihe (Thema des Tages vom 7. Mai 2024) haben 
wir die Funktionsweise des Radiometers erklärt, das Herzstück eines 
jeden Wettersatelliten. Es blickt mit 12 "Augen", den sogenannten 
Kanälen, auf unsere Erde, wobei jeder dieser Kanäle einen gewissen 
Spektralbereich der von der Erde abgegebenen Strahlung "sieht". Drei 
der Kanäle empfangen Strahlung im solaren (sichtbaren) und acht im 
infraroten (thermischen) Bereich. Der 12. Kanal (HRV), das Adlerauge 
unter den Kanälen, besitzt eine besonders hohe Auflösung. Jeder Kanal
sieht für sich betrachtet zwar weniger als unser Auge, in der 
Kombination aller Kanäle erfasst ein Radiometer aber weitaus mehr 
Informationen von der Erde als wir Menschen sehen könnten.


Jeder Kanal liefert den Meteorologen ganz individuelle Informationen.
Jedoch stoßen die Kanäle auch an ihre Grenzen und manchmal ist eine 
eindeutige Interpretation der Bilder schwierig. Die Kanäle im 
sichtbaren Bereich sind nur tagsüber hilfreich, da die Erde nachts 
keine kurzwellige Sonnenstrahlung reflektiert. Auch kann man manchmal
schwer zwischen Wolkenfeldern und Schneeflächen unterscheiden, da 
beide weiß erscheinen, also ähnliche Reflexionseigenschaften 
besitzen. Die Zuordnung der erfassten Strahlungstemperaturen der 
infraroten Kanäle ist auch nicht immer eindeutig. So können niedrige 
Temperaturen entweder von Wolken in höheren Atmosphärenschichten oder
von einer stark ausgekühlten Erdoberfläche emittiert werden.


Um eindeutige Interpretationen der Satellitenbilder zu bekommen, 
müssen Informationen verschiedener Kanäle kombiniert werden. Eine 
besonders komfortable Möglichkeit bietet die sogenannte 
"RGB-Bildauswertetechnik". Dabei werden die Signale von drei 
verschiedenen Kanälen mit den Farben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) 
eingefärbt. Fügt man die eingefärbten Bilder zu einem mehrfarbigen 
Bild zusammen, erhält man bunte Bilder - die sogenannten 
"RGB-Komposits". Die hierbei entstandenen Mischfarben können nun vom 
Meteorologen interpretiert werden. Bei der Zusammenstellung eines 
RGB-Komposits kann man übrigens sowohl die reflektierte Darstellung 
(hohe Werte der reflektierten Strahlung entsprechen hellen Pixeln) 
als auch die invertierte Darstellung (geringe Werte emittierter 
Strahlung entsprechen hellen Pixeln) miteinander mischen.


Einige RGB-Komposits haben sich besonders bewährt, von denen wir hier
zwei näher erläutern. Abbildung 1 zeigt das Komposit "Luftmasse". 
Hierbei handelt es sich um vielmehr als nur ein farbenprächtiges 
Kunstwerk. Neben den weißlich erscheinenden Wolkenbändern geben uns 
die unterschiedlichen Farben Auskunft über die Herkunft und die 
Eigenschaften verschiedener Luftmassen. Mit grünen Farben können 
warme Luftmassen mit einer hohen Tropopause (Oberrand der 
Troposphäre), also tropische oder subtropische Luftmassen detektiert 
werden. Polare oder arktische Kaltluft mit einer niedrigen 
Troposphäre erscheint hingegen bläulich. Sinkt trockene 
Stratosphärenluft in die Troposphäre (untere Atmosphäre) ab, erkennt 
man dies anhand von rötlichen Farben, oft in Form rötlicher 
Schlieren.


Im dargestellten Beispiel befindet sich über dem Nordatlantik ein 
kräftiges Tiefdruckgebiet mit seinen charakteristischen 
Wolkenbändern. Die grünen Farben über Nordafrika, Spanien und der 
Biskaya (I) zeigen den mit subtropischer Warmluft angereicherten 
Warmsektor des Tiefs zwischen der Warmfront (Wolkenband über England 
und Frankreich) und der Kaltfront (Wolkenband über dem Atlantik). 
Nordwestlich davon sowie über dem Nordpolarmeer befindet sich polare 
Kaltluft (II), zu sehen an den blauen Farben. An den rötlichen 
Schlieren (IIIa) erkennt man, dass sich trockene Stratosphärenluft in
das Tief einkringelt, welche zu einer Verstärkung des Tiefs beiträgt.
Ebenso ist trockene Stratosphärenluft (IIIb) dafür verantwortlich, 
dass sich über dem Norden Deutschlands Gewitter (Kreuze) bilden.


Für uns Warnmeteorologen ist das Satellitenkomposit "Nacht" 
(Abbildung 2) eine große Hilfe. Er liefert uns eine Fülle von 
Informationen über Wolken in unterschiedlichen Höhen und zur 
Beschaffenheit der Erdoberfläche. Neben den Sichtweitenmessungen der 
Wetterstationen zeigen uns rötliche Farben Regionen mit Nebel- und 
Hochnebelfeldern (also sehr tiefliegende Wolken) und helfen uns 
dabei, auch nachts so gut wie möglich vor dichtem Nebel zu warnen. 
Höhere kompakte Wolkenfelder erscheinen hingegen weißlich, während 
dünne Eiswolken (Cirren) cyan-farben aussehen. Zudem kann man sogar 
Schneeflächen erkennen, da diese heller erscheinen als schneefreie 
Landoberflächen.


Neben diesen beiden RGB-Komposits gibt es noch eine Reihe weiterer 
bunter Satellitenbilder für unterschiedlichste 
Anwendungsmöglichkeiten, die an dieser Stelle aber nicht näher 
erläutert werden. Zu nennen sind beispielsweise das 
"Echtfarben"-Komposit, der den Farben sehr nahekommt, die das 
menschliche Auge sehen würde. Das "Konvektion"-Komposit macht sich 
die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften großer und kleiner 
Hydrometeore zu Hilfe, mit der man das Entwicklungsstadium von 
Gewitterwolken abschätzen kann. Wieder andere Komposits unterstützen 
uns bei der Detektion von Sandstürmen, Nebel oder Schnee. Aktuelle 
Satellitenbilder mit kurzen Erklärungen zu deren Interpretation 
erhalten Sie auf der Homepage der EUMETSAT 
(https://eumetview.eumetsat.int/static-images/MSG/RGB).

Im dritten Teil wird der Unterschied zwischen geostationären und 
polarumlaufenden Satelliten erklärt.

Dr. rer. nat. Markus Übel

Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale 
Offenbach, den 11.05.2024

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