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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

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12 1 Fernerkundung der Atmosphäre 1.4.1 Polarumlaufende Satelliten Als niedrigfliegend gelten Satelliten, deren Bahnhöhe unterhalb von ca. 1000 km liegt. Erreicht der Subsatellitenpunkt eines solchen Satelliten hohe Breiten (bis in die Nähe der Pole) wird er zusätzlich als polarumlaufend bezeichnet. Die Sensoren der niedrigfliegenden Satelliten erreichen durch geringere Distanz zur Erdoberfläche im Vergleich zu geostationären Satelliten eine höhere räumliche Auflösung bei der Sondierung der Erdatmosphäre. Mit zwei polarumlaufenden Satelliten, deren Bahnen aufeinander abgestimmt sind und geeignetem Sichtwinkel der Instrumente ist innerhalb von 6 Stunden (siehe Abb. 1.5) eine nahezu komplette Sondierung der gesamten Erdatmosphäre möglich. Abb. 1.5: Globale Verteilung von NOAA-Satellitendaten (ASMU-A) die für die Datenassimilation zur globalen Wettervorhersage des ECMWF verwendet wurden (15.09.01, 00:00 UTC [ECMWF, 2001b]) Rot: NOAA-15, Hellblau: NOAA-14. Es werden zwei operationelle polarumlaufende Satellitensysteme betrieben, das russische METEOR-System und die von der US-amerikanischen NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) betriebenen TIROS-Satelliten (auch POES, Polar-Orbiting Environmental Satellites, genannt). Für die Datenbereitstellung im Rahmen der Globalen Wettervorhersage sind die Niedrigflieger der NOAA relevant. Die jetzige Generation dieser Satelliten wird als ATN bezeichnet (Advanced TIROS New). Die US-amerikanische NOAA betreibt gegenwärtig 2 operationelle polarumlaufende Satelliten, NOAA-14 und -15. NOAA-15 wurde im März 1998 gestartet und ist bereits, im Gegensatz zu NOAA-14, mit der neuesten Generation wissenschaftlicher Geräte ausgerüstet. Beide Satelliten befinden sich in einer sonnensynchronen Erdumlaufbahn mit einer Orbithöhe von ca. 830 km bei einer Inklination der Bahnebene von 98,7°. Der parallele und aufeinander abgestimmte Betrieb beider Satelliten garantiert, dass die Datenlücken für jeden Ort der Erde nicht größer als 6 Stunden sind. Die Radiometereinheit an Bord von NOAA-15 besteht aus drei Komponenten: dem Hauptinstrument zur Erzeugung von Bildern der Horizontalstruktur der Atmosphäre, dem

1.4 Satellitenfernerkundung AVHRR/3 (Advanced Very High Resolution Radiometer), und dem Vertikalsondierungsinstrument ATOVS (Advanced TIROS Operational Vertical Sounder), das sich aus dem AMSU-A und -B (Advanced Microwave Sounder Unit), dem High Resolution Infrared Radiation Sounder (HIRS/3) und dem SSU (Stratospheric Sounding Unit) zusammensetzt. Das AVHRR/3 verfügt über 6 Spektralkanäle im Bereich von 0,58 bis 12,5 µm und wird zur Fernerkundung der Bewölkung und von Oberflächentemperaturen (Land, Ozeane, Eis) eingesetzt. Die horizontale Auflösung beträgt ca. 1,1 km. Das AMSU-A misst im GHz- Bereich und erstellt Temperaturprofile mit 40 Druckniveaus von der Erdoberfläche bis zu 45 km Höhe, wobei eine horizontale Auflösung (Nadir) von 50 km erreicht wird. Mit dem AMSU-B können bewölkungsunabhängig Feuchteprofile bestimmt werden. Die horizontale Auflösung beträgt 15 km. Das HIRS/3-Radiometer dient ebenfalls zur Vertikalsondierung, allerdings unter wolkenfreien Bedingungen. Es kann Temperatur- und Feuchteprofile im Höhenbereich von der Erdoberfläche bis ca. 40 km in 20 Druckniveaus mit einer horizontalen Auflösung von ca. 20 km messen. Zusätzlich werden Ozongehalt und Wolkeneigenschaften bestimmt. Unter wolkenfreien Bedingungen werden im Höhenbereich von 15 bis 40 km Temperaturdifferenzen zwischen TOVS-Daten und NCEP (National Centers for Environmental Prediction)-Wetteranalysen von 1 bis 2 K (Standardabweichung) beobachtet [Rocken et al., 1997]. 1.4.2 Geostationäre Satelliten Geostationäre Satelliten befinden sich ständig über derselben Stelle der sich drehenden Erde. Die Bahnebene dieser Satelliten liegt in der Äquatorebene der Erde, die Umlaufzeit entspricht der Erdrotationsdauer. Für die Wettervorhersage besitzen geostationäre Satelliten den Vorteil, dass der von der Erde sichtbare Bereich mit einer höheren zeitlichen Abb. 1.6: Globale Verteilung von Daten geostationärer Satelliten, die für die Datenassimilation zur globalen Wettervorhersage des ECMWF verwendet wurden (15.09.01, 00:00 UTC [ECMWF, 2001b]). 13

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