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Fernerkundungs-Lexikon
Kleines Lexikon der Fernerkundung

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A

AATSR

Engl. Akronym für Advanced Along Track Scanning Radiometer; abbildender Infrarot-Sensor auf dem inzwischen inaktiven ENVISAT-1 zur Präzisionsmessung der Meeres- und Landoberflächentemperaturen.

Abbildende Spektrometer

Klasse abbildender Sensoren mit hohem spektralem Informationsgehalt. Abbildende Spektrometer arbeiten ohne mechanische Scaneinheit. Statt dessen wird auf einem zweidimensionalen Detektorarray (meist CCD) die Rauminformation in "Cross-Track"-Richtung auf einer Dimension des Arrays und die spektrale Information auf der zweiten Dimension des Arrays abgebildet; die Rauminformation in Flugrichtung entsteht durch die Bewegung des Satelliten.
Bisher werden die meisten abbildenden Spektrometer von Flugzeugen aus eingesetzt. Nur der Modulare Optoelektronische Scanner (MOS) des DLR wird seit 1996 von Satelliten aus betrieben.

Abbildender Laserscanner

Engl. imaging laser scanner, aktiver Sensor, der als Höhenmessgerät (Altimeter) dient und gleichzeitig ein Geländebild erzeugt.

Absorption

In der Physik die Abschwächung einer Teilchen- oder Wellenstrahlung beim Eindringen in Materie. Die Energie der absorbierten Strahlung wird dabei in andere Formen, z.B. in Wärme, umgewandelt. Bei der Absorption von Licht gehen die Moleküle der durchstrahlten Materie zum Teil in angeregte Energiezustände über; dabei werden, abhängig vom Material, stets nur bestimmte Wellenlängen absorbiert. Das absorbierende Medium kann seinerseits Strahlung aussenden, aber erst nachdem eine Energieumwandlung stattgefunden hat.
Für die Fernerkundung der Erde wirkt die Absorption als Störgröße, da keine oder nur eine erheblich reduzierte  Strahlung die Erdoberfläche erreichen kann. Bei der Auswertung von FE-Daten für atmosphärische Fragen sind jedoch gerade diese Absorptionsprozesse entscheidend. Der Strahlungsumsatz an der Erdoberfläche ist ebenfalls gekennzeichnet durch spezifische, stofflich bestimmte Absorptionsprozesse, die z.T. durch sehr schmalbandige Absorptionsbanden bestimmt sein können.

Absorptionsbanden(spektrum)

Spezieller Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums, in denen die Strahlungsenergie durch spezifische stofflich-substantielle Eigenschaften von in der Atmosphäre enthaltenen Gasen markant absorbiert wird. Wichtige Absorptionsbanden in der Atmosphäre sind vor allem die 6,3 µm-Wasserdampfbande, die 15 µm- und 4,3 µm-Kohlendioxidbanden sowie die 9,6 µm-Ozonbande, welche in Infrarotspektren deutlich hervortreten (Strahlungsabsorption). Die Absorptionsbande anderer Spurengase sind in der Atmosphäre deutlich schwächer wegen deren geringerer Konzentration (z.B. Methan, Distickstoffoxid). Da die Linien in Absorptionsbanden relativ nahe beieinander liegen, können diese in Spektren nur bei entsprechend hoher spektraler Auflösung getrennt werden. Insbesondere für die Detektierung von Gesteinen und Mineralen eignen sich sehr schmalbandige Absorptionsbanden im Bereich des SWIR (Shortwave Infra-Red, Infrarot).

ADEOS

Engl. Akronym für Advanced Earth Observing Satellite, syn. Midori-II; japanischer Satellit mit 8 Sensoren zur Beobachtung von Ozeanfarben und -temperaturen, Ozon, Landoberfläche als Nachfolger der vorzeitig beendeten ADEOS-Mission. Der Satellit wurde mit einer H-IIA-Rakete vom Tanegashima Raumfahrtzentrum in der Präfektur Kagoshima im Dezember 2002 in seine Umlaufbahn geschossen. Die Höhe des Perigäums beträgt 803 km, die des Apogäums 820 km, die Inklination 98,7°. Ein Sonnensturm im Oktober 2003 zerstörte die Sonnenkollektoren und mit ihnen den 630 Mio $ teuren Satelliten.

Die zwei Hauptsensoren waren ein Radiometer (AMSR) und der Global Imager (GLI). Weitere Instrumente: Improved Limb Atmospheric Spectrometer-II, SeaWinds, Polarization and Direction of the Earth Reflectance, Data Collection System.

ADEOS-II sollte Beiträge liefern zur Untersuchung

  • der Wasser- und Energiekreisläufe von Atmosphäre, Ozean und Land
  • des Kohlenstoffkreislaufes
  • der Mechanismen der globalen Umweltveränderungen und
  • des globalen Klimawandels.

Praktischen Nutzen versprach man sich z.B. für die Meteorologie und das Fischereiwesen.

Aerosole

Eine Suspension aus einem Gas (üblicherweise Luft) und festen oder flüssigen Teilchen im Grössenbereich zwischen 10-4 µm und 10 µm. Wolkentröpfchen, Eiskristalle oder fallende Niederschläge zählen nicht zu den Aerosolen.  Aerosole können auf direktem Wege in die Atmosphäre gelangen (Industrielle Partikelemission, Winderosion, Vulkanausbrüche u.a.) oderaus der Umwandlung von Gaspartikeln entstehen. Rauch und sehr feiner Staub besteht aus festen in Luft suspendierten Teilchen.

Die Bedeutung von Aerosolen ergibt sich daraus, dass sie

  1. als Kondensationskerne wirken,
  2. die Strahlung absorbieren oder streuen und so den Strahlungshaushalt oder die Optik der Atmosphäre verändern,
  3. an ihren Oberflächen chemische Prozesse ablaufen, welche die Zusammensetzung der Atmosphäre verändern und
  4. dass sie schädigende Wirkung haben können.

Aerosole spielen eine wesentliche Rolle in der Strahlungsbilanz der Atmosphäre, da die optischen Eigenschaften Albedo und Durchlässigkeit beeinflusst werden. Aerosole können an ihrer Oberfläche aber auch durch sogenannte heterogene chemische Reaktionen die Chemie der Atmosphäre beeinflussen.

AIRS

Engl. Akronym für Atmospheric Infrared Sounder; sondierender Sensor an Bord von Aqua zur Erstellung von Temperaturprofilen und zur Messung von flüssigem und gasförmigem Wasser in der Atmosphäre.

aktives System

Ein Fernerkundungssystem, das seine eigene elektromagnetische Strahlung aussendet, um eine Objekt aufzuspüren oder um ein Gebiet zu beobachten und das die von dort reflektierte oder ausgesandte Strahlung empfängt. Radar- bzw. Mikrowellensysteme sind aktive Systeme. Im Gegensatz zu passiven Systemen sind sie wetterunabhängige Systeme.

Altimeter

Syn. Höhenmesser, Gerät zur Messung der Höhe über einer bestimmten Oberfläche. Mit Aneroidbarometern, deren Luftdruckskala in Längeneinheiten beziffert ist, kann die Höhe über einer Fläche konstanten Luftdrucks gemessen werden.

In Flugzeugen und auf Satelliten werden Altimeter eingesetzt, die nach dem Laser-, Lidar- und Radarprinzip arbeiten, um die Höhe über der physikalischen Erdoberfläche (Land, Meer, Eis) zu bestimmen. Bei Lidar- und Laseraltimetern werden stark gebündelte Lichtimpulse ausgesandt und die Laufzeit bis zum Empfang des reflektierten Impulses gemessen. Die halbe Laufzeit wird dann in Längeneinheiten konvertiert. Radaraltimeter arbeiten in der gleichen Weise, nutzen jedoch Mikrowellenfrequenzen.

Altimetrie

Technik zur Höhenmessung. Satellitenaltimetrie misst die Zeit, die ein Radarstrahl benötigt, um die Strecke von der Satellitenantenne zur Erdoberfläche und zurück zum Empfangsmodul des Satelliten zurückzulegen. Kombiniert mit genauen Positionsdaten liefert Altimetrie beispielsweise Angaben zur Höhe des Meeresspiegels.

AMI

Engl. Akronym für Active Microwave Instrument; aktiver C-Band-Radarsensor auf den inzwischen inaktiven Erderkundungssatelliten ERS-1 und ERS-2.
AMI kann in mehreren Modi betrieben werden: als Scatterometer zur Messung von Windfeldern, im Wave-Mode zur Messung der Wellenhöhe auf der Meeresoberfläche und als abbildender SAR-Sensor mit einer räumlichen Auflösung von etwa 30 m.

AMSR

Engl. Akronym für Advanced Microwave Scanning Radiometer; japanischer Sensor an Bord von ADEOS-II. Verschiedene geophysikalische Parameter, besonders solche mit Wasserbezug, können mit AMSR-Daten bestimmt werden. Zusätzlich zu bisher schon üblichen Parametern wie Wasserdampf, Niederschlag, Windgeschwindigkeit in Meeresoberflächennähe, treten Parameter, z.B. Meeresoberflächentemperatur, Bodenfeuchte, die man mit Hilfe neuer Frequenzkanäle ermitteln will.

AMSU

Engl. Akronym für Advanced Microwave Sounding Unit; passive Mikrowellen-Sensoren in den Television Infrared Observation Satellites (TIROS) der NOAA und dem europäischen Meteorological Operational (METOP) Satelliten.

Aqua

Im Rahmen der von ESE und EOS eingesetzter Satellit zur Ermittlung von genauen ozeanographischen und atmosphärischen Messdaten mit dem Ziel eines besseren Verständnisses des Erdklimas und seiner Änderungen. Seine Sensoren messen während der auf 6 Jahre angelegten Mission Bewölkung, Niederschlag, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Schneebedeckung, Meereseis und Meeresoberflächentemperatur. Auf einer niedrigen, sonnensynchronen Umlaufbahn (705 km) überquert Aqua den Äquator jeden Tag zur selben Zeit. Aqua trägt folgende Sensoren: AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS), AIRS (Atmospheric Infrared Sounder), AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit-A), CERES (Cloud's and the Earth's Radiant Energy System), HSB (Humidity Sounder for Brazil), MODIS.

Aquarius

Syn. SAC-D (span. Satelite de Aplicaciones Cientificas-D, dt. Satellit für wissenschaftliche Anwendungen-D); eine am 10. Juni 2011 gestartete argentinisch-amerikanische Satellitenmission zur Messung des Salzgehalts der Meeresoberfläche (Sea Surface Salinity, SSS), dessen Variabilität für die Klimabeobachtung von großer Bedeutung ist. Der Name Aquarius für die Mission entstammt der Bezeichnung für das Hauptinstrument des Satelliten. Insgesamt trägt der Satellit 7 Instrumente zur Umweltbeobachtung sowie ein Technologie-Demonstrationspaket.
Für die hohen Breiten werden Informationen über mögliche Veränderungen im Wärmetransport der Meeresströmungen erwartet, für die Tropen Informationen über Vorgänge, die Monsune und El Niño/Southern Oscillation beeinflussen können.
Aquarius trägt ein Radiometer und ein Scatterometer. Die Bodenkalibrierung erfolgt über in situ-Sensoren auf Bojen oder Schiffen.

ARGOS-DCS

Engl. Akronym für Remote Data Collection System (Argos: griech. Mythos, vieläugiger Riese); Telemetrie-Kommunikationspaket zur Weiterleitung der Daten von Messbojen und anderen weit verteilten automatischen Messeinrichtungen. Das ARGOS-DCS an Bord der polarumlaufenden NOAA-Satelliten kann zusätzlich die Position mobiler Messplattformen orten. Auch die geostationären Satelliten (METEOSAT, GOES) haben ein DCS an Bord, im Falle von METEOSAT entfällt jedoch der Zusatz ARGOS.

ASAR

Engl. Akronym für Advanced Synthetic Aperture Radar; ASAR ist ein fortschrittlicher aktiver C-Band Radarsensor (5.331 GHz) auf dem inzwischen inaktiven Satelliten ENVISAT. ASAR setzt die mit AMI auf den ERS-Satelliten begonnene Serie abbildender Radargeräte fort; im Gegensatz zu AMI ermöglicht ASAR durch seine aktive Antenne elektronische Strahlschwenkung und sehr grosse beobachtbare Streifenbreiten von bis zu 400 km mit einer räumlichen Auflösung von 30 bis 100 m. Damit ist ASAR sowohl für lokale als auch globale Beobachtung geeignet. Zusätzlich kann (nahezu) simultan in vertikaler und horizontaler Polarisation beobachtet werden. Hauptsächliche Beobachtungsziele sind u.a. Ozeanwellen (Charakteristika), Meereseis und dessen Ausbreitung, Meeresverschmutzung durch Öl, Schnee- und Eisbedeckung, Oberflächentopographie, Landbedeckung (Klassifikation) und deren Entwicklung.

ASTER

Engl. Akronym für Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer; ASTER ist ein in Japan gebautes Instrument zur bildhaften Darstellung von Landoberflächentemperatur, Orographie, Emissionsvermögen und Reflektionsverhalten. ASTER ist auf dem amerikanischen Terra-Satelliten, als einem Teil des Erdbeobachtungssystems (EOS) der NASA installiert.

atmosphärische Fenster

Begriff zur Beschreibung eines Abschnittes des elektromagnetischen Spektrums, in dem die Atmosphäre Strahlung nur schwach absorbiert. Wellenlängenbereiche (Spektralbereiche) innerhalb derer die Atmosphäre für solare Ein- bzw. terrestrische Ausstrahlung durchlässig ist, treten dort auf, wo die Strahlungsabsorption durch Wasserdampf, Kohlendioxid und Ozon besonders gering ist. Von besonderer Bedeutung sind die beiden Infrarotfenster in den Wellenlängenbereichen 3,4-4,1 µm und 8-13 µm. Der Wellenlängenbereich von 10,5-12,5 µm wird als Wasserdampffenster bezeichnet. Besonders durch dieses Fenster kann die langwellige Ausstrahlung der Erde von Satelliten aus aufgenommen und mithilfe des Planck'schen Strahlungsgesetzes in Oberflächentemperaturen der Erdoberfläche umgerechnet werden.

A-Train

Bezeichnung für den geplanten Formationsflug von 5 amerikanischen und 1 französischen Satelliten zur Erzielung von Synergieeffekten der dann nahezu gleichzeitigen Datenaufnahme. Alle sechs Satelliten werden den Äquator innerhalb weniger Minuten um 13h30 Ortszeit überqueren und werden daher auch als Nachmittags-Konstellation bezeichnet. Dies unterscheidet sie von der Vormittag-Konstellation der aktuellen Missionen Terra, Landsat-7, SAC-C, EO-1.

Übersicht über die A-Train-Missionen
Satellit Position innerhalb des A-Trains Aufgaben der Mission Instrumente
Aqua Führungssatellit innerhalb der Formation bis zum Start von OCO. Auf Synergien angelegte Zusammenstellung der Sensoren zur Untersuchung des irdischen Klimas mit besonderer Beachtung des Wassers im System Erde/Atmosphäre in allen drei Zustandformen. AIRS/AMSU-A/ HSB
AMSR-E
CERES
MODIS
CloudSat Folgt Aqua im Abstand von 30 sec bis 2 min. Der Abstand zu Aqua und CALIPSO ist zur Erzielung der Synergieeffekte besonders wichtig. Profilierendes Wolkenradar, das eine sehr genaue Untersuchung der Wolkendecke und eine bessere Abschätzung der Wolken hinsichtlich ihrer Rolle für das irdische Klima erlaubt. CPR
CALIPSO Folgt CloudSat in nicht mehr als 15 Sekunden nach. Muss seine Position relativ zu Aqua halten um Synergieeffekte zu ermöglichen. Beobachtungen des Lidar in Kombination mit passiven Bildaufnahmeverfahren werden das Verständnis für den Einfluss des Aerosols und der Wolkendecke für das irdische Klimaverbessern. Insbesondere wird Aufschluss über die Interaktion der beiden Parameter erwartet. CALIOP
IIR
WFC
PARASOL Folgt auf CALIPSO nach ca. 1 min. Messungen polarisierten Lichtes ermöglicht die genauere Bestimmung von Aerosol und Wolken in der irdischen Atmosphäre, insbesondere wird die Unterscheidung nachnatürlichen und anthropogenen Aerosolen möglich. POLDER 
Aura Folgt auf Aqua nach ca. 15 min., überquert aber wg. eines unterschiedlichen Orbits den Äquator 8 min. nach Aqua, um Synergieeffekte mit Aqua nutzen zu können. Ausgestattet mit auf Synergieffekte zielender Nutzlast, die auf die Erkundung der horizontalen und vertikalen Verteilung der wichtigsten atmosphärischen Schmutzstoffe und Treibhausgase, sowie deren zeitliche Veränderungen ausgerichtet ist. HIRDLS
MLS
OMI
TES
OCO Wird nach seinem Start Aqua um 15 min vorauseilen. Erkundet die Konzentration des Treibhausgases Kohlendioxid 3 gr. Infrarot-Spektrometer
ATSR

Engl. Akronym für Along Track Scanning Radiometer; Instrument auf den ESA-Erdbeobachtungsmissionen ERS-1, ERS-2 und als Advanced ATSR (AATSR) auf ENVISAT. Das Radiometer misst Oberflächentemperaturen, insbesondere der Ozeane, mit einer Genauigkeit von 0,3 °C. Die Messungen erfolgen im infraroten und im sichtbaren Bereich und besitzen eine räumliche Auflösung von einem Kilometer. Seine Daten und Bilder sind wesentliche Beiträge zum Verständnis des Weltklimas und dessen Veränderungen.

El Niño-Beobachtung mit ATSR auf ERS-2 (1996-2003)

Zum Starten der Animation bitte klicken!

 

Das Radiometer des ERS-2 misst die oberflächennahen Temperaturen der Ozeane mit hoher Frequenz.

Nebenstehende Animation mit den Anomalien der Meerestemperaturen dokumentiert die Entwicklung des ENSO-Phänomens von 1996 bis 2003. Besonders eindrucksvoll ist das Einsetzen der Kelvinwelle im Jahr 1997.

Quelle: ESA

Weitere Informationen:

Auflösung

Ein Maß für die Fähigkeit, beobachtbare Mengen zu unterscheiden. Bei Abbildungen beschreibt sie die Fläche, die von jedem Bildpunkt (Pixel) dargestellt wird. Je kleiner die von einem Pixel dargestellte Fläche ist, umso genauer und detailreicher ist das Bild.

Aura (EOS Chem)

Die Aura-Mission des Earth Observing Systems wurde im Juli 2004 mit einer Delta II-Rakete von Vandenberg, CA. gestartet. Der Satellit mit seinen vier Instrumenten wird in eine polare, sonnensynchrone Umlaufbahn gebracht. Diese verläuft in 705 km Höhe und besitzt eine Inklination von 98,2°. Aufgabe der Mission ist die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre und ihrer Dynamik mit besonderem Augenmerk auf die obere Troposphäre und die untere Stratosphäre (5-20 km). Es wird der Gehalt an Ozon, Aerosol und verschiedener Atmosphärenbestandteile mit Schlüsselcharakter gemessen, die alle eine wichtige Rolle für die Atmosphärenchemie, die Luftqualität und das Klima spielen. Das erhoffte bessere Verständnis vom Transport chemischer Substanzen und Luftverunreinigungen erlaubt eine angemessenere Umweltpolitik.

AVHRR

Engl. Akronym für Advanced Very High Resolution Radiometer; abbildender multispektraler Sensor auf der Serie der TIROS-Satelliten der NOAA. AVHRR hat im Subsatellitenpunkt eine räumliche Auflösung von etwa 1 km und beobachtet als eine Art "Weitwinkel-Sensor" die grosse Streifenbreite von etwa +/-1500 km.

Quicklook aus NOAA-AVHRR-Daten

 

Die obige Darstellung ist ein typisches Quicklook von NOAA-AVHRR-Daten, so wie es am DFD mindestens 5 mal am Tag erzeugt und ganz aktuell in ISIS eingespeisst wird. Zu sehen ist links der Spektralbereich im kurzwelligen Infrarot (SWIR), rechts der im thermischen Infrarot. Der spektrale Bereich des kurzwelligen IR zeigt vor allem reflektiertes Sonnenlicht. Im thermischen IR sieht man emittierte (Wärme-)Strahlung; der Spektralbereich ist in dieser Darstellung invertiert, d.h. kalte Bereiche werden eher hell, warme Bereiche eher dunkel dargestellt.

B

Band
  1. Beim Funk eine kontinuierliche Folge von Sendefrequenzen innerhalb vorgegebener Grenzen.
  2. In der Radiometrie einer relativ enger Bereich des elektromagnetischen Spektrums, auf das der Sensor eines Fernerkundungssystems anspricht. Ein Multispektralsensor führt Messungen in mehreren Spektralbändern durch.
  3. In der Spektroskopie Spektralbereiche, in denen atmosphärische Gase Strahlung (Strahlung) absorbieren und emittieren, z.B. das 15 µm Kohlendioxid-Absorptionsband, das 6.3 µm Wasserdampf-Absorptionsband and das 9.6 µm Ozon-Absorptionsband.
Bildelement

Syn. Pixel; die durch die Messgeschwindigkeit und Geometrie des Aufnahmesystems festgelegte kleinste Flächeneinheit eines digitalen Bildes. Sie ist gleichzeitig ein Maß für das räumliche Auflösungsvermögen. Der radiometrische Wert des Bildelements stellt die vom Aufnahmesystem gemessene, integrierte Gesamtheit der Strahlung dar, die von dieser Fläche reflektiert oder emittiert wird. In der Regel haben Bildelemente in der Fernerkundung eine quadratische Form. Der Begriff ist nicht zu verwechseln mit dem in der Drucktechnik bei Halbtonvorlagen verwendeten Begriff des durch reprotechnische Rasterung entstandenen Bildpunktes.

Bildverarbeitung

Sammelbegriff für alle Verfahren zur problemorientierten Grauwert- oder Farbänderung von analogen oder digitalen Bildern als Vorstufe bzw. Teil einer nachfolgenden Bildanalyse oder geometrischen Bildauswertung.

Bird

Engl. Akronym für Bispectral Infra-Red Detection; 2001 mit einer indischen PSLV-Rakete und gemeinsam mit dem indischen Hauptsatelliten TES sowie dem ESA-Satelliten PROBA in einen 572 Kilometer hohen sonnensynchronen Orbit gebrachter Kleinsatellit ('Piggybacknutzlast') des DLR. Der mit zwei Solarsegeln ausgestattete, würfelförmige Satellit soll auf seiner Mission belegen, dass vom Weltraum aus Waldbrände, insbesondere ihre Ausdehnung und die auftretenden Flammentemperaturen, frühzeitig bestimmt werden können. Er wird noch nicht im operationellen Routine-Einsatz arbeiten, sondern neuartige Satelliten- und Sensor-Technologien sowie wissenschaftliche Methoden erproben helfen, um sie später auf anderen Plattformen einzusetzen.
Eine besondere Qualität der wissenschaftlichen Daten werden durch die Kombination des zweikanaligen Infrarot-Sensorsystems mit einer Drei-Zeilen-Stereokamera erwartet. Die beiden Kameras versprechen neue Anwendungspotentiale für die Beobachtung von Vegetationsbränden, brennenden Ölquellen und Kohleflözen, Vulkan-Aktivitäten sowie zur Unterscheidung von Wasserdampfwolken und Rauchwolken und für Vegetationsanalysen.
Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen überwacht und betreibt den 3-Achsen-stabilisierten Satelliten über die Bodenstation Weilheim. Die wissenschaftlichen Daten werden in Neustrelitz empfangen und dort direkt zu wissenschaftlichen Produkten verarbeitet und weitergeleitet. Die ursprünglich geplante Missionsdauer von ca. einem Jahr wurde dank der hervorragenden Subsysteme des Satelliten bereits um mehrere Jahre überschritten.

Weitere Informationen: Projekt BIRD (DLR, Institut für optische Sensorsysteme)

Bodensegment

Engl. ground segment, Sammelbegriff für die gesamte Infrastruktur auf der Erde zur Kontrolle und Steuerung der Satelliten (Missionskontrollzentrum, MCC) sowie zum Empfang und zur Verarbeitung von Satellitendaten (Bodenstationen, Archive, Nutzerschnittstellen). Ein sogenanntes "end-to-end" Satellitensystem besteht aus einem Raum- und einem Bodensegment.

C

CALIPSO

Vormals unter der Bezeichnung PICASSO-CENA geführte Mission von NASA und CNES zur Ermittlung von Daten bzgl. Aerosol- und Wolkeneigenschaften mit dem Ziel verbesserter Klimavorhersage. CALIPSO führt ein Polarisations-empfindliches Lidar als Hauptinstrument mit, ferner ein abbildendes Infrarot-Radiometer (IIR) und eine Weitwinkelkamera. CALIPSO ist Bestandteil des auf Synergieeffekte ausgelegten A-Trains. Der Start erfolgte zusammen mit CloudSAT am 28.4.2006 auf einer zweistufigen Delta II-Rakete.

Weitere Informationen: http://www-calipso.larc.nasa.gov

CCD

Engl. Akronym für Charge Coupled Devices; flächen- oder zeilenhaft angeordnete Sensorelemente in opto-elektronischen Abtastern zur Bildaufnahme von Flugzeugen oder Satelliten aus. CCDs werden z.B. auf den Satelliten der SPOT-Serie verwendet. Der Vorteil dieser Aufnahmetechnik ist, dass eine gesamte Bildzeile gleichzeitig erfasst wird und nicht wie bei opto-mechanischen Systemen ein Zeitversatz entsteht. Durch die Vorwärtsbewegung der Plattform wird Zeile um Zeile lückenlos und überdeckungsfrei senkrecht zur Flugrichtung abgetastet.

CERES

Engl. Akronym für Clouds and the Earth's Radiant Energy System; für das Erdbeobachtungssystem der NASA (EOS) entwickelte Radiometer, die in drei Kanälen das von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenlicht, die von der Erde emittierte thermische Strahlung sowie die Gesamtsumme der Strahlung vom oberen Rand der Atmosphäre bis zur Erdoberfläche messen: Ein Kurzwellenkanal (0,3 - 5,0 µm) zur Messung des reflektierten Sonnenlichts, ein Langwellenkanal, um die von der Erde emittierte Thermalstrahlung im 8-12 µm-Fenster zu messen und ein Breitbandkanal, um alle Wellenlängen zu erfassen. Aus diesen Daten werden Informationen über den Strahlungshaushalt der Erde gewonnen. Die Instrumente ermitteln auch die Wolkeneigenschaften einschließlich ihrer Ausdehnung, Höhe, Mächtigkeit und Partikelgröße. Diese Messungen sind für das Verständnis der globalen Klimaveränderungen von entscheidender Bedeutung sowie für die Verbesserung von Klimamodellen. CERES-Instrumente sind installiert auf den Satelliten von TRMM und EOS (Terra, Aqua).

CHAMP

Akronym für Challenging Mini-Satellite Payload for Geophysical Research and Application; deutsches Satellitenprojekt zur Bestimmung des Gravitationsfeldes und des Magnetfeldes der Erde, zur Ermittlung der Verteilung von Temperatur, Feuchte und Druck in Tropo- und Stratosphäre sowie der Elektronendichte in der Ionosphäre.
Der Satellit wurde im Juli 2000 auf seine geneigte (87°), nicht-sonnensynchrone Umlaufbahn in 470 km Höhe gebracht. Am 19. September 2010 - nach mehr als dem doppelten der eigentlichen Missionszeit - verglühte CHAMP bei einem kontrollierten Wiedereintritt in die Erdatmosphäre.
Das erste Nachfolgeprojekt GRACE wurde am 17.3.2002 gestartet, das zweite Folgeprojekt GOCE am 17.3.2009. GRACE ist im Herbst 2013 noch aktiv, GOCE verglühte nach dem Ende der Treibstoffvorräte am 11. November 2013 in der Erdatmosphäre.

Weitere Informationen: http://www-app2.gfz-potsdam.de/pb1/op/champ/

CloudSat

Experimentelle Satellitenmission zur Messung der vertikalen Wolkenstruktur aus dem Weltall. Der Satellit wird detaillierte, dreidimensionale Bilder liefern, die eine bessere Analyse der Bewölkung ermöglichen (Vertikalprofile zur Verteilung von Wasser und Eis), z.B. im Zusammenhang mit dem globalen Klimasystem und dessen Modellierung. Bessere Wetter- und Klimaprognosen werden erwartet. Die Beobachtungen von CloudSAT sollen auch das Verständnis für die Rolle von Aerosol bei der Wolkenbildung verbessern. Gleichzeitig dienen sie der Verbesserung und Validitierung von Daten anderer Satelliten.
Das eingesetzte Instrument ist ein mit 94 GHz arbeitendes, senkrecht messendes Radarsystem , das die von den Wolken rückgestrahlte Energie als Funktion der Entfernung vom Radarsystem misst. Der Start erfolgte zusammen mit CALIPSO am 28.4.2006 auf einer zweistufigen Delta II-Rakete.

Coastal Zone Color Scanner (CZCS)

Das erste Satelliteninstrument, das speziell für die Beobachtung der Ozeanfarbe gebaut wurde. Zwar haben auch Instrumente anderer Satelliten die Ozeanfarbe dokumentiert, aber deren Spektralbänder und Auflösung waren für geographische und meteorologische Zielsetzungen optimiert. Im CZCS ist  jeder Parameter für den Einsatz über Wasser optimiert. Der CZCS war auf dem Wettersatelliten Nimbus-7 der NASA installiert.

CORIOLIS

Franz. Akronym für Circulation Océanique par Réseau Intégré d'Observations Longue durée In Situ; Teil eines im Aufbau befindlichen französischen Systems zur operationellen Beobachtung und Vorhersage des Ozeanverhaltens. Das System besteht aus drei Elementen:

  • Beobachtung der Meeresoberfläche mit Hilfe von Satellitenfernerkundung,
  • in situ-Messungen von Schiffen, von verankerten oder frei treibenden Bojen aus,
  • Zusammenführung der Satelliten- und der in situ-Daten in einem Ozean-Zirkulationsmodell.

Coriolis repräsentiert den in situ-Teil des Systems.

Weitere Informationen: http://www.coriolis.eu.org

D

Daten

Eine Sammlung von Fakten, Begriffen oder Anweisungen in einer formalisierten Form, in der sie zur Kommunikation oder zur Weiterverarbeitung durch Menschen oder Computer geeignet sind.

Defense Meteorological Satellite Program (DMSP)

Ein meteorologisches Satellitenprogramm der U.S. Air Force, dessen Satelliten sich in Sonnen-synchronen Umlaufbahnen befinden. Die Aufnahme der Bilder erfolgt im sichtbaren bis infrarotnahen Band (0,4 bis 1,1 Mikrometer) sowie im thermisch-infraroten Band (ca. 8 bis 13 Mikrometer) bei einer Auflösung von etwa 3 Kilimetern. Die Daten sind zu einem großen Teil auch zivilen Nutzern zugänglich.

DLR

Akronym für Deutsche Agentur für Luft- und Raumfahrt; das DLR ist das Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt und die Raumfahrtagentur Deutschlands. Als nationale Raumfahrtagentur nimmt das DLR die Aufgabe des Raumfahrt-Managements im Auftrag und nach Maßgabe der zuständigen Bundesressorts wahr. Das DLR nimmt eine Brückenfunktion zwischen Wissenschaft und Wirtschaft wahr. Es bündelt seine Kräfte programmatisch in Netzwerken mit leistungsstarken Partnern im Inland und in Europa.

E

Earth Observing System (EOS)

Fernerkundungsprogramm der NASA. Programmziele sind die Langzeitbeobachtung des Klimas, der marinen und terrestrischen Ökosysteme sowie der Aufbau eines unterstützenden Informationssystems, das nötig ist, um zu einem umfassenden Verständnis der Erde als System zu gelangen. EOS besteht aus einer Serie von klein- bis mittelgroßen Satelliten, die seit 1999 das Kernstück des Earth Science Enterprise (ESE) der NASA darstellen.
Diese Erdsystemforschung soll die wissenschaftlichen Grundlage schaffen für gut begründete Entscheidungen im Umweltschutz und beim Umgang mit natürlichen Ressourcen. Folgende Missionen sind Teil von EOS:

  • AQUA
    Der Schwerpunkt des AQUA-Projektes ist die multi-disziplinäre Erforschung der miteinander in Wechselbeziehungen stehenden Prozesse in Atmosphäre, Meeren und auf Land und ihr Bezug zu Änderungen des Systems Erde. Der Start des Satelliten erfolgte am 4. Mai 2002.
  • Aura
    Das Ziel der Aura-Mission ist die Erforschung von Chemismus und Dynamik der Erdatmosphäre vom Boden bis zur Mesosphäre. Der Start des Satelliten erfolgte im Juli 2004.
  • ICESat
    (Ice, Cloud and Land Elevation Satellite); die ICESat-Mission übernimmt die Messung der Eisbedeckung, der Wolkenmächtigkeit, der Höhenerstreckung von Aerosolen sowie die Erkundung der Vegetation und Landtopographie. Der Start erfolgte im Januar 2003.
  • Landsat 7
    Landsat 7 liefert systematisch gut kalibrierte, multispektrale, im Wesentlichen wolkenfreie, sonnenbeschienene digitale Bilder der Kontinente und der Küstenregionen in mittlere Auflösung. Der Start erfolgte im April 1999.
  • SORCE
    (Solar Radiation & Climate Experiment); die Aufgabe der SORCE-Mission ist die Messung der gesamten Sonnenstrahlung an der Obergrenze der Atmosphäre. Der Start erfolgte im Januar 2003..
  • Terra
    Die Terra-Mission befasst sich mit den Strahlungseigenschaften von Wolken und Aerosolen, mit Austauschprozessen zwischen Luft-Boden und Luft-Meer hinsichtlich Energie, Kohlenstoff und Wasser; ferner mit der Messung von wichtigen Spurengasen und Vulkanologie. Der Satellit wurde im Dezember 1999 gestartet.
Earth Science Enterprise (ESE)

Internationales Forschungsprogramm mit dem Ziel die Umwelt unserer Erde als ein System zu begreifen. Eine der wichtigsten Herausforderungen für ESE ist es, den globalen Wandel zu beobachten, verstehen, modellieren, bewerten und schließlich vorherzusagen. Die Beschäftigung mit dieser Aufgabe wird dazu beitragen, die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf unsere Umwelt (z.B. Waldrodung, Verbrauch fossiler Brennstoffe) zu beurteilen und anthropogene Veränderungen von den Auswirkungen natürlicher Ereignisse (Vulkanausbrüche, Erosion) unterscheiden zu lernen.

ESE benutzt raumfahrt-, flugzeug- und bodengestützte Messungen um die gewonnenen Daten in kartographische Langzeit-Darstellungen der Wolkensysteme, der Wasser- und Landvegetation, des atmosphärischen Ozons, der Meereoberflächentemperatur und anderer globaler Parameter umzusetzen. Kernstück des ESE sind die Satelliten des EOS.

elektromagnetische Strahlung

Elektromagnetische Strahlung (emS) ist eine Form der Energieausbreitung. Sie kann als Wellenstrahlung verstanden werden,d.h. als ein sich periodisch änderndes elektro-magnetisches Feld, das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Die Wellen entstehen durch Schwingung oder Beschleunigung elektrischer Ladungen. Gekennzeichnet wird emS durch die Frequenz n, die in Hertz (Hz) gemessen wird, oder die Wellenlänge l. Dabei gilt die Beziehung l=c/n, wenn c die Ausbreitungsgeschwindigkeit (=Lichtgeschwindigkeit) ist. In der Fernerkundung ist es weitgehend üblich, die Wellenlänge y zur Charakterisierung der elektromagnetischen Strahlung zu verwenden. Dazu werden folgende Einheiten benutzt:

1 nm (Nanometer) 1 · 10-9 m
1 µm (Mikrometer) 1 · 10-6 m
1 mm (Millimeter) 1 · 10-3 m

Die Gesamtheit der bei der emS vorkommenden Strahlung wird im elektromagnetischen Spektrum dargestellt.
Elektromagnetische Wellen haben, eine elektrische und eine magnetische Komponente. Das Spektrum der emS erstreckt sich von Wellen mit extrem hoher Frequenz und entsprechend kleiner Wellenlänge bis zu extrem niedriger Frequenz und großer Wellenlänge. Das sichtbare Licht stellt nur einen sehr kleinen Teil aus dem elektromagnetischen Spektrum dar. Das gesamte elektromagnetische Spektrum besteht, nach abnehmender Frequenz geordnet, aus Gammastrahlung, harter und weicher Röntgenstrahlung, Ultraviolettstrahlung, sichtbarem Licht, Infrarotstrahlung, Mikrowellen und Radiowellen.

Im Gegensatz zu Wasserwellen oder Schallwellen sind elektromagnetische Wellen bei ihrer Ausbreitung nicht auf Materie als Medium angewiesen. Daher können Licht-, Radio- und andere elektromagnetische Wellen auch den interplanetaren und den interstellaren Raum durchqueren und gelangen auf diesem Weg von den Sternen wie der Sonne zur Erde. Elektromagnetische Wellen sind aber ebenfalls in der Lage, sich durch Materie fortzupflanzen. So können sich diese Wellen nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten (z. B. in Abhängigkeit der Frequenz) beispielsweise auch entlang von Strom- oder Glasfaserkabeln (siehe Faseroptik) ausbreiten. Unabhängig von ihrer Frequenz bzw. Wellenlänge bewegen sich elektromagnetische Wellen im Vakuum stets mit der Geschwindigkeit von 299.792 Kilometern pro Sekunde fort. Jede emS weist die typischen Merkmale der Wellenausbreitung auf, also auch Beugung und Interferenz. Die Wellenlängen reichen von einigen milliardstel Zentimeter bis zu mehreren Kilometern. Abhängig von ihrer Wellenlänge bzw. Frequenz haben sie verschiedene Charakteristika, zu denen Durchdringungsvermögen, Wärmewirkung oder Sichtbarkeit gehören können.

elektromagnetisches Spektrum

Die Gesamtheit strahlender Energiearten oder Wellenfrequenzen, von den längsten bis zu den kürzesten Wellenlängen. Sensoren beispielsweise in Satelliten nehmen diese Energie auf, aber was diese Detektoren auffangen, ist nur ein kleiner Teil des gesamten elektromagnetischen Spektrums. Das Spektrum wird gewöhnlich in sieben Gruppen unterteilt: Radiowellen, Mikrowellen, Infrarotwellen, sichtbares Licht, ultraviolette Wellen, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen.

Das elektromagnetische Spektrum
und die Bereiche
verschiedener Sensoren

Den Wellenlängenbereichen des elektromagnetischen Spektrums ist die Strahlungsenergie der Sonne und die Durchlässigkeit der Atmosphäre gegenübergestellt. Zur Fernerkundung können nur einzelne Bereiche in "atmosphärischen Fenstern" benutzt werden.

Quelle: Albertz, Jörg 2001

Emission

In der Physik die Abstrahlung von elektromagnetischer Energie durch Körper, deren Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt. Die ungeordnete Bewegungsenergie der Atome und Moleküle ist temperaturabhängig. Die elektrischen Ladungen der Teilchen werden beschleunigt, verzögert und aus der Bewegungsrichtung abgelenkt und geben daher elektromagnetische Energie ab. Die Intensität der von einem Körper ausgesendeten Strahlung hängt aber nicht nur von der Temperatur, sondern auch von den Materialeigenschaften und der Oberflächenbeschaffenheit ab. Unterschiedliche Körper mit gleicher Temperatur emittieren Strahlung in Proportionalität zum jeweiligen Absorptionsvermögen.
Die Messung emittierter Strahlung kann mit Scannern erfolgen.

Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+)

Opto-mechanisches Abtastsystem an Bord von Landsat-7, das gegenüber den Vorgängern MSS und TM deutliche Verbesserungen aufweist: 1 zusätzlicher Kanal mit einer Pixelauflösung von 15 m, mit 60 m eine verbesserte geometrische Auflösung im Thermalkanal u.w.

ENVISAT
ENVISAT ENVISAT

Engl. Akronym für ENVIronment SATellite; größter je in Europa gebauter Erdbeobachtungssatellit (Gesamtmasse >8.000 kg beim Start), inzwischen außer Dienst.

Hauptaufgabe von Envisat war die Beobachtung der globalen Umweltveränderungen. Das komplizierte Zusammenspiel der vielfältigen natürlichen und von Menschen verursachten Einflüsse auf unsere Umwelt, erfordert die gleichzeitige, abgestimmte Beobachtung der Atmosphäre, der Ozeane, der Polarregionen sowie der Veränderungen an Land. Im einzelnen werden von Envisat neben vielen wissenschaftlichen und anwendungs-orientierten Beobachtungen, Messdaten zur Erforschung des Ozonlochs, der vermuteten globalen Erwärmung der Erde, zur Regenwaldabholzung, zur Versteppung und Verwüstung riesiger Landmassen, zum Bio-Inventar und zur Verschmutzung der Meere sowie zur Entwicklung der polaren Eisregionen erwartet. Auch zur weiteren Erforschung von ENSO lieferte der Satellit Daten.

Eine Ariane 5 als Trägerrakete brachte ENVISAT vom Weltraumbahnhof Kourou (Französisch Guyana) Anfang März 2002 in seine Umlaufbahn in 800 Kilometern Höhe. Der Satellit umkreiste die Erde auf einer polaren Umlaufbahn in rund 100 Minuten und beobachtete Erdoberfläche und Atmosphäre unabhängig von Wetter und Tag-/Nacht-Wechsel regelmäßig. Alle 35 Tage überflog er die selben Bereiche.
Die Lebensdauer des Satelliten war auf fünf Jahre ausgelegt, er beendete seine Dienste schließlich erst 10 Jahre nach seinem Start. Der industrielle Hauptauftragnehmer des von der European Space Agency in Auftrag gegebenen ENVISAT war Astrium.

ERS

Engl. Akronym für European Remote Sensing Satellite; ERS-1 und ERS-2 (Starts: 1991 bzw. 1995), inzwischen inaktive Satellitensysteme der ESA zur Mikrowellen-Fernerkundung. Wichtigstes Instrument war ein SAR, das eine 30x30m-Bodenauflösung erreichte. Es lieferte Tag und Nacht und unabhängig von den Witterungsbedingungen Farbbilder von den Meeren, Küsten- und Polareisbereichen sowie vom Festland.

ESA

Engl. Akronym für European Space Agency, Europäische Weltraumagentur mit Sitz in Paris; ihre Aufgabe ist die Nutzung und Förderung der Raumfahrt und Raumforschung zu ausschließlich friedlichen Zwecken und die Koordination der nationalen Raumfahrtprogramme ihrer 15 Mitgliedsstaaten.

Weitere Informationen: http://www.esa.int/

EUMETSAT

Engl. Akronym für European Organisation For The Exploitation Of Meteorological Satellites; die Betreiberorganisation europäischer Wettersatelliten, getragen von 17 Partnerstaaten. Hauptsitz von EUMETSAT ist Darmstadt, ebenso die Bodenstation für die METEOSAT, METEOSAT SECOND GENERATION (MSG) und das EUMETSAT Polarsystem (EPS) mit der Satellitenserie Metop.

Weitere Informationen: http://www.eumetsat.int/

F

Falschfarben

Die von den Sensoren aufgenommenen Signale des Spektrums sind lediglich skalare Werte, also Zahlenangaben ohne Einheit. Dies erlaubt eine beliebige Zuordnung. Wenn man z.B. die Zahlenwerte des Kanals 1, der Strahlung aus dem blauen Bereich des Spektrums aufnimmt, bei der Farbwidergabe dem grünen Bereich zuordnet, die Werte aus dem Kanal 2 (Grün) dem blauen Bereich zuordnet und nur die Werte des Kanals 3 (Rot) tatsächlich in Rot darstellt, so erhält man ein Bild, das die Zahlenwerte korrekt wiedergibt, aber von unserer gewohnten Farbzuordnung abweicht, eine Falschfarbendarstellung.

Falschfarbenluftbild mit hoher räumlicher Auflösung und der prozentualen Bodenbedeckung als abgeleitetes Produkt

 

In the example shown left, images are used to derive detailed maps of the ground cover of the crops in two farmer's fields. The first field was planted half to cotton and half to corn. At the time the image was acquired, the corn had already been harvested, so there was no living vegetation in that half of the field. In the other half of the field, the density of the cotton canopy ranged from 50 to 90 percent, with most of the cotton having around 70 to 80 percent ground cover.

The second field contained three crops-- cotton, alfalfa, and forage sorghum. Quite a bit of spatial variability in crop ground cover can be seen in the field, particularly the portion containing the cotton. These types of maps are useful to farmers and agricultural consultants for planning different crop management practices (such as fertilizing) and for anticipating what the yield of the crops will be at harvest.

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Quelle: Stephan J. Maas, Texas Technical University

Farbkodierung

Farbkodierung entsteht, wenn beliebige Bilddaten eines mehrkanaligen Bildes im RGB-System dargestellt werden und diese nach der additiven Farbmischung gestaltet bzw. umgesetzt werden. Mit der Farbkodierung lassen sich neben mehrkanaligen Datensätzen auch einzelne Bänder darstellen. Ziel ist, objekttypische bzw. klassentypische Grauwerte durch entsprechende Farbgebungen visuell hervorzuheben, sowie die Informationen verschiedener Spektralbereiche zu verknüpfen. Zur Herstellung solcher Farbkomposite werden die Datensätze aus drei und mehr Spektralbändern verwendet. Die Darstellung kann in Echtfarbenbildern und Falschfarbenbildern erfolgen. Oft findet bei den Falschfarbenbildern die Einbeziehung des nahen Infrarotbandes statt. Eine Echtfarbenkomposite entsteht, wenn nur die Spektralbereiche des sichtbaren Lichtes benutzt werden.

Fenster

Begriff zur Beschreibung eines Abschnittes des elektormagnetischen Spektrums, in dem die Atmosphäre Strahlung nur schwach absorbiert.

fernes Infrarot

Elektromagnetische Strahlung, die länger ist als das thermische Infrarot, mit Wellenlängen zwischen ca. 25 und 1.000 Mikrometern.

Fernerkundung (FE)

Engl. remote sensing; Bezeichnung für alle Verfahren, die sich mit dem

  • Beobachten, Speichern, Kartieren und Interpretieren bzw. Klassifizieren von Erscheinungen auf der Erdoberfläche, einschließlich der Meere, sowie in der Atmosphäre oder auf der Oberfläche anderer Himmelskörper  befassen,
  • die ohne direkten physischen Kontakt des Aufnahmesystems, des sogenannten Sensors, mit dem zu erkundenden Objekt arbeiten und
  • die zur Gewinnung von Informationen die elektromagnetische Strahlung benutzen, die vom beobachteten Objekt abgestrahlt wird.

Teilweise wird die Auswertung und Interpretation nicht zur FE im engeren Sinne gerechnet. Auch wird i.a. die Aufzeichnung von Gravitationsfeldern, magnetischen oder elektrischen Feldern sowie von akustischen Wellen (Sonar) nicht dem Begriff FE zugeordnet. Unter den Verfahren der FE sind jene besonders wichtig und am weitesten verbreitet, die zu einer bildhaften Wiedergabe der Erdoberfläche führen (abbildende FE-Systeme).
Unterschieden werden photographische (Luftbilder) und nicht-photographische Aufnahmeverfahren (digitale Bilder, Radaraufnahmen), die von bemannten Flugzeugen, unbemannten Flugobjekten (Drohnen), bemannten Raumfahrzeugen und Satelliten (Satellitenfernerkundung) oder auch von höher gelegenen Geländepunkten aus zur Erkundung der Erdoberfläche und der Atmosphäre genutzt werden.
Passive Fernerkundungsverfahren zeichnen elektromagnetische Strahlung auf, die von der Erdoberfläche reflektiert und/oder emittiert wird. Aktive Verfahren wie Radar oder Laser senden kohärente Strahlungsimpulse aus und registrieren die Laufzeit bzw. die Amplituden- und Phasendifferenz der von der Erdoberfläche rückgestreuten Signale.
"Die erfolgreiche Interpretation von Luft- und Satellitenbildern setzt voraus, dass der Bearbeiter die notwendige Sachkenntnisse hinsichtlich des Gegenstandes der Interpretation mitbringt. Dies kann die Anwendungsdisziplin betreffen (z.B. forstwirtschaftliche Kenntnisse für die fortsliche Luftbildinterpretation) oder auch die Region (z.B. landeskundliche Kenntnisse zur Interpretation von Bildern aus einem Entwicklungsland). Darüber hinaus sind Kenntnisse über die Entstehung der Bilder und ihre Eigenschaften erforderlich, um die durch die Interpretation gegebenen Möglichkeiten der Informationsgewinnung voll ausschöpfen zu können und Fehlinterpretationen nach Möglichkeit zu vermeiden." (Albertz 2001)

Taxonomie von Fernerkundungssystemen
Aufnahme-
plattform
Satellit/Raumfähre Flugzeug/Ballon Stationär
Aufnahme-
modus
passiv
(elektrooptisch, thermales Infrarot, thermale Mikrowelle)
aktiv
(Laser, Radar)
Aufnahme-
medium
analog
(Kamera, Video)
digital
(Whiskbroom, Line Array, 2D CCD)
Spektral-
bereich
sichtbar/ultraviolett reflektiertes Infrarot thermales Infrarot Mikrowelle
Spektrale
Auflösung
panchromatisch
1 Band
multispektral
2-20 Bänder
hyperspektral
20-250 Bänder
ultraspektral
>250 Bänder
Radiometrische
Auflösung
sehr hoch
(>12 Bit)
hoch
(8-12 Bit)
mittel
(6-8 Bit)
niedrig
<6 Bit)
Räumliche
Auflösung
ultrahoch
<1m
sehr hoch
1-4 m
hoch
4-10 m
mittel
10-50 m
niedrig
50-250 m
sehr niedrig
>250 m
übersetzt nach Ehlers, Janowsky & Gähler (2001): New Remote Sensing Concepts for Environmental Monitoring, Proceedings,
SPIE Conference on Remote Sensing for Environmental Monitoring, GIS Applications and Geology, Toulouse

Weitere Informationen:

  • Earth from Space - 2-stündiger, allgemein verständlicher und beeindruckender Film zur Erdbeobachtung (NOVA 2013)
  • Remote sensing - kurze Videoeinführung (CIRES - Earth Science and Observation Center)
Fernerkundung des Meeres

Erkundung der Meere bzw. die Messung ozeanographischer Parameter mit den berührungsfreien Verfahren der Fernerkundung als Teilbereich der Gewässerfernerkundung. Das Messinstrument befindet sich dabei nicht dem speziellen Wasserkörper, von dem ozeanographische Daten gewonnen werden sollen, sondern kann sowohl entfernt davon im Wasser als auch darüber platziert sein. Zu den ozeanographischen Fernerkundungsmethoden zählt auch die Vermessung des Ozeans mit akustischen Instrumenten, die sich im Wasser befinden (Hydrophone). Über dem Wasser können Fernmessinstrumente an der Küste oder auf Meeresplattformen, Schiffen, Hubschraubern, Flugzeugen oder Satelliten installiert sein. Insbesondere die Satellitenfernerkundung, die weltweite Messungen ermöglicht, hat in den letzten Jahren in der Ozeanographie große Bedeutung erlangt.

Ozeane bedecken rund 71 % der Erdoberfläche und entziehen sich alleine durch diese Größe einer bloßen Erforschung und Beobachtung mit in situ-Methoden, sondern sind ideales Objekt für den Einsatz großflächiger Fernerkundung mit bei Bedarf hoher temporaler Auflösung.
Ozeane sind für uns wichtig als Nahrungs- und Rohstoffquelle. Darüber hinaus dienen sie als Transportwege, sind von entscheidender Bedeutung für die Bildung von Wettersystemen und die CO2-Speicherung, und sie sind ein wichtiges Glied im Wasserkreislauf der Erde. Das Verständnis für die Ozeandynamik ist wichtig für die Abschätzung der Fischvorräte, für die Planung von Schiffsrouten, für die Vorhersage von Auswirkungen von Phänomenen wie El Niño, für die Vorhersage und Beobachtung von Stürmen um die Schadenswirkungen auf Schifffahrt, Offshore-Aktivitäten und Küstensiedlungen zu reduzieren. Aus diesen Gründen gehören zum Studium der Ozeandynamik unter anderem die Informationsgewinnung über Wind und Wellen (Richtung, Geschwindigkeit, Stärke), die Tiefenmessung (Bathymetrie), die Wassertemperatur und die Produktivität der Ozeane (Primärproduktion).
Küsten sind ökologisch empfindliche Schnittstellen zwischen Meer und Land und reagieren auf Veränderungen, die durch wirtschaftliche Erschließungsmaßnahmen, Landnutzungsänderungen hervorgerufen werden. Oft sind Küstenstreifen biologisch vielfältige Gezeitenzonen. Küsten sind häufig stark urbanisiert. Über 60 % der Weltbevölkerung leben in Meeresnähe, was die Küsten unter starken anthropogenen Stress setzt.
Aus diesen Gründen benötigen Behörden weltweit verlässliche Monitoring-Daten um Veränderungen durch Küstenerosion, Verlust natürlicher Habitate, Verstädterung, Abwassereintrag und Belastungen im Offshorebereich zu dokumentieren. Viele Aspekte der Dynamik des offenen Ozeans und der Küstenregionen können mit Hilfe von Fernerkundung überwacht und kartiert werden.

Einige mit Fernerkundung messbare ozeanographischen Größen:

  • Rauhigkeit und die Neigung der Wasseroberfläche
  • Temperatur der obersten Wasserschicht
  • Meeresfarbe
  • Oberflächenströmung
  • langwelliger Seegang
  • Unterwasserbänke in Tidengewässern
  • interne Wellen
  • ozeanische Fronten und Wirbel
  • Ölflecken

Diese direkt messbaren ozeanischen Größen enthalten auch Informationen, die nicht nur die Eigenschaften der Wasseroberfläche wiedergeben. So kann man aus Veränderungen der Rauhigkeit der Wasseroberfläche auch Informationen über Phänomene im Inneren des Ozeans erhalten, z.B. über interne Wellen, und aus Veränderungen der Neigung Rückschlüsse über das ozeanische Strömungsfeld ziehen.

Die elektromagnetischen Wellen, die zur Fernerkundung des Meeres von Satelliten aus verwendet werden, reichen von ultravioletten bis zu Mikrowellen im Bereich von Zentimetern bis Dezimetern. Von der Küste aus werden auch Hochfrequenz-Radare zur Messung von Meeresoberflächenströmungen eingesetzt. Generell kommen sowohl aktive, wie auch passive Sensoren zum Einsatz. Zu den passiven Sensoren gehören photographische Kameras, multispektrale Scanner und Radiometer, die sowohl im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Wellenlängenbereich als auch im Mikrowellenbereich arbeiten. Fotokameras und multispektrale Scanner werden zur Messung der Ozeanfarbe verwendet und Radiometer zur Messung der Wassertemperatur und Windgeschwindigkeit. Zu den aktiven Sensoren gehören das Windscatterometer, das Radaraltimeter und die abbildenden Radargeräte wie das Radar mit realer Apertur (Real Aperture Radar, RAR) und das Radar mit synthetischer Apertur (Synthetic Aperture Radar, SAR).

G

Geoinformationssystem (GIS)

Syn. Geographisches Informationssystem; im engeren Sinne eine Software, die Geodaten erfasst, verwaltet und ausgibt. Sie verfügt darüber hinaus umfangreiche Funktionen zur Datenanalyse. Vereinzelt findet sich auch die Bezeichnung raumbezogenes Informationssystem (RIS). Im weiteren Sinne wird ein Geoinformationssystem als ein System aus Software, Hardware, Daten und den Anwendungen verstanden.

geostationär

Eigenschaft einer Umlaufbahn, bei der ein Satellit immer die selbe Position in Bezug zur sich drehenden Erde behält. Die Physik lässt dies mit geringem energetischem Aufwand nur am Äquator zu, wo Zentrifugalkraft (abhängig von der Drehgeschwindigkeit) und Erdanziehungskraft (abhängig vom Gewicht) im Gleichgewicht stehen. Ein Satellit auf einer geostationären Umlaufbahn legt dort eine Kreisbahn in einer Höhe von 35.790 Kilometern zurück.  Die Winkelgeschwindigkeit des Satellitenumlaufs ist mit derjenigen der Erdrotation synchron, daher auch die Bezeichnung erdsynchrone oder geosynchrone Satelliten.
Ein Umlauf dauert 24 Stunden, also genau die Zeit, die die Erde für eine Umdrehung benötigt. Von der Erde aus gesehen scheint der Satellit stillzustehen (stationär), obwohl er sich in Richtung der Erdrotation bewegt. Nur auf diese Weise ist eine kontinuierliche Beobachtung derselben Gebiete (ca. 1/3 der Erdoberfläche) und ein ununterbrochener Kontakt mit den Bodenstationen möglich. Allerdings können geostationäre Satelliten keine Daten von den Polregionen empfangen oder dorthin übermitteln. In Ergänzung zu ihren polumlaufenden Varianten befinden sich insbesondere  Wettersatelliten auf geostationären Orbits. Beispiele dafür sind GOES, METEOSAT, GMS und daneben die meisten kommerziellen Telekommunikationssatelliten.

Geostationary Meteorological Satellite (GMS)

Bezeichnung für frühere japanische geostationäre Wettersatelliten. Der fünfte und letzte Satellit wurde 1995 vom Tanegashima Space Center gestartet. Die Satelliten wurden durch die Reihe der Multifunctional Transport Satellites ersetzt.

Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES)

Bezeichnung für die von der NASA entwickelte und von der NOAA betriebene Serie von geostationären Satelliten.

GOES-Satelliten

  • liefern ganztägig Wetterdaten
  • überwachen bedrohliche Wetterereignisse wie Wirbelstürme oder Gewitter
  • übermitteln Umweltdaten von Bodenbeobachtungsstationen zu Verarbeitungszentren
  • ermöglichen die Bildfunkübertragung von verarbeiteten Wetterdaten zu Niedrigpreis-Empfangsstationen
  • überwachen das Erdmagnetfeld, den nergetischen Teilchenfluß in der Satellitenumgebung und Röntgenstrahlung von der Sonne
  • spüren Notsignale von Schiffen und notgelandeten Flugzeugen auf.

GOES beobachten die USA und benachbarte Ozeane aus einer Höhe von 35.790 km über dem Äquator, wobei sie eine Fläche von 75 Grad West bis 135 Grad West bestreichen. Die Auflösung im sichtbaren Bereich beträgt 1 km, im infraroten Bereich 4 km.

Global Fire Monitoring Center (GFMC)

Das Global Fire Monitoring Center in Freiburg im Breisgau ist seit 1998 die einzige europäische Forschungsstelle zur Sammlung von Daten im Zusammenhang mit Waldbränden. Leiter dieser Zweigstelle des Max-Planck-Instituts für Chemie ist Professor Johann Georg Goldammer, der im Auftrag der Vereinten Nationen (UN International Strategy for Disaster Reduction (UN-ISDR)) am Global Fire Monitoring Center (GFMC) Strategien zur globalen Waldbrandbekämpfung entwickelt.

Global Navigation Satellite System (GNSS)

Allgemeine Bezeichnung für ein weltweit verfügbares System zur Positions- und Zeitbestimmung, das aus einer oder mehreren Satellitenkonstellationen sowie weiteren Komponenten besteht. Die erste Stufe (GNSS 1) basiert auf den vorhandenen Systemen GPS und GLONASS und bezieht ergänzende zusätzliche Maßnahmen ein, um für eine bestimmte Region die Situation für die zivile Navigation zu verbessern. In Europa werden dazu unter dem Namen EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) Transponder auf geostationären Kommunikationssatelliten (INMARSAT) nstalliert, um vorrangig Sicherheits- und Zuverlässigkeitsinformationen über den Systemzustand zu übermitteln. Im Jahre 2002 wurde beschlossen im Rahmen von GNSS 2 ein eigenständiges ziviles europäisches Satellitennavigationssystem unter der Bezeichnung Galileo aufzubauen.

Global Observing System (GOS)

Globales meteorologisch-klimatologisches Beobachtungssystem mit den Komponenten land- und ozeangestützte Fernerkundung , mobile Plattformen, Satelliteneinsatz und GPS (GPS-MET). GOS wird von der WMO und anderen bedeutenden internationalen Organisationen konzeptionell getragen und von den nationalen Wetterdiensten sowie nationalen und internationalen Satellitenbetreibern betrieben.

Komponenten des GOS

Global Observing System (GOS): The coordinated system of methods and facilities for making meteorological and other environmental observations on a global scale in support of all WMO Programmes; the system is comprised of operationally reliable surface-based and space-based subsystems. The GOS comprises observing facilities on land, at sea, in the air and in outer space.  These facilities are owned and operated by the Member countries of WMO each of which undertakes to meet certain responsibilities in the agreed global scheme so that all countries can benefit from the consolidated efforts.

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Quelle: WMO

Bodennahe Wetterbeobachtung in ca. 11.000 Stationen

Wetterbeobachtung auf den Ozeanen

Flugzeuge liefern Daten

Beobachtung des oberen Luftraums mit Ballonaufstiegen

Rückgrat des Systems. Die roten Punkten stehen für Messungen an Land, die blauen für Beobachtungen von Schiffen aus.

Wetterbeobachtung auf den Ozeanen erfolgt von ca. 4.000 Schiffen aus, sowie von verankerten oder frei treibenden Bojen und stationären Plattformen.

Über 3000 Flugzeuge liefern Daten zu Druck, Wind und Temperatur.

Beobachtungen des oberen Luftraums mit Ballonaufstiegen bis in 30 km Höhe an ca. 1.300 Stationen.

Global Positioning System (GPS)

Satellitengestütztes Radionavigationssystem. GPS wird unter der vollständigen Bezeichnung NAVSTAR (NAVigation System with Time and Ranging) GPS seit der Mitte der 70er Jahre aufgebaut, unterhalten und weiterentwickelt. Für zivile Nutzer ist eine ständige Verfügbarkeit im Rahmen des Standard Positioning Service (SPS) garantiert. Das Messprinzip ermöglicht den Einsatz sowohl für feste Beobachtungsaufstellung, als auch für bewegte Messträger wie Personen, Fahrzeuge und Satelliten.
Die Satellitenkonfiguration besteht nominell aus 24 Satelliten in einer Bahnhöhe von 20.200 km und ist so gestaltet, dass von jedem Punkt der Erde aus gesehen jederzeit mindestens vier Satelliten über dem Horizont stehen. Das Navigationsprinzip beruht auf der gleichzeitigen Messung sog. Pseudoentfernungen zwischen mindestens vier Satelliten und einem GPS-Empfänger auf der Nutzerseite. Dazu senden die Satelliten auf zwei Trägerfrequenzen kodierte Signale sowie die vom Kontrollsegment bestimmten Broadcasterephemeriden zur Berechnung der Satellitenpositionen und den aus der Laufzeitmessung durch Multiplikation mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit ermittelten Pseudoentfernungen wird empfängerintern in Echtzeit oder durch nachträgliche Bearbeitung der aufgezeichneten Daten, gegebenenfalls gemeinsam mit den Daten anderer Beobachtungsstationen, die Nutzerpositionen berechnet.
Je nach Messanordnung, Satellitenkonfiguration, Signalnutzung und Fehlermodellierung lassen sich sehr unterschiedliche Genauigkeiten erzielen. Wesentliche Fehlerquellen sind die verfügbaren Bahninformationen, die Signalausbreitung in der Atmosphäre sowie in der Antennenumgebung und die aus militärischen Gründen eingeführte Signalverschlechterung.
Mit einem einzelnen Empfänger wird für zivile Nutzer eine Genauigkeit von ca. 100 m erzielt. Durch Relativmessungen zu bestehenden oder gesondert eingerichteten GPS-Referenzstationen lässt sich eine Genauigkeit von 2 bis 5 m erzielen.

Global Precipitation Measurement (GPM)

Global Precipitation Measurement ist eine gemeinsame Mission der Raumfahrtagenturen JAXA und NASA sowie von weiteren internationalen Agenturen zur Messung der atmosphärischen Feuchtigkeit in kurzen Intervallen, d.h. alle 3 Stunden. GPM ist Teil des NASA-Programms Earth Systematic Missions und soll mit seinen Beobachtungen nahezu die ganze Erde abdecken. Dies wird die Erzeugung von globalen Niederschlagskarten ermöglichen, welche für die Klimaforscher eine wichtige Unterstützung ihrer Arbeit sind.
Die Mission besteht aus mehreren Raumfahrzeugen, die sich um eine Kernmission (GPM Core Observatory) herum gruppieren. Die Kernmission, ein Satellit mit neuesten Radar- und Radiometersystemen um den Niederschlag vom All aus zu messen, dient gleichzeitig auch als Referenz zur Messdaten-Kalibrierung der anderen Satelliten der Konstellation. Dieser Satellit wird im Frühjahr 2014 gestartet.

GPM satellite constellation

The Global Precipitation Measurement (GPM) mission is an international network of satellites that provide the next-generation global observations of rain and snow. Building upon the success of the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM), the GPM concept centers on the deployment of a “Core” satellite carrying an advanced radar / radiometer system to measure precipitation from space and serve as a reference standard to unify precipitation measurements from a constellation of research and operational satellites.
GPM, initiated by NASA and JAXA as a global successor to TRMM, comprises a consortium of international space agencies, including CNES, ISRO, NOAA, EUMETSAT, and others. The GPM Core Observatory is scheduled for launch in early 2014.
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Quelle: NASA

Weitere Informationen:

Globalstrahlung

Die bei der photogrammetrischen Aufnahme von Satellitenbild und Luftbildern wirksame Beleuchtung der Erdoberfläche als Summe der gerichteten Sonnenstrahlung und der durch Absorption und Streuung in der Atmosphäre entstehenden diffusen Himmelsstrahlung.

GOCE

Engl. Akronym für Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer; in Bau befindlicher Satellit der ESA zur präzisen Modellierung des irdischen Schwerefeldes und des Geoids. Ihr Hauptinstrument ist ein 3-Achsen-Schweregradiometer, bestehend aus je 2 hochempfindlichen Beschleunigungssensoren pro Achse im Abstand von je 0,5 m. Die differentielle Beschleunigungsmessung ergibt die 2. Ableitung des Schwerepotentials (Eötvös-Tensor, Schweregradienten). Die Bahn des Satelliten wird mit Hilfe einer GPS-Antenne auf wenige cm genau bestimmt (satellite to satellite tracking). Der Start erfolgte am 17. März 2009, der Wiedereintritt in die Erdatmosphäre am 11. November 2013. Es wird angenommen, dass ungefähr ein Viertel der Gesamtmasse des Satelliten die Erdoberfläche in der Nähe der Falkland-Inseln erreicht hat. Schäden durch nicht vollständig verglühte Wrackteile sind nicht bekannt.

Durch die drei Schwerefeldsatellitenmissionen CHAMP, GRACE und GOCE zeichnet sich ein Qualitätssprung an hinsichtlich Genauigkeit, Auflösung und globaler Überdeckung an. Damit wird die Einbeziehung von Schwerefeldinformation auch für eine wachsende Zahl von geowissenschaftlichen Anwendungen interessant werden. Gute Beispiele sind die Bestimmung der dynamischen Meerestopographie zur Erfassung der Ozeanzirkulation oder die Beschreibung der Lithosphärenstruktur durch die Kombination von seismischen Ergebnissen mit Schwerefelddaten.
Von den drei Missionen wird GOCE die höchste räumliche Auflösung erreichen und Strukturen ab ca. 70 km Größe erfassen können. GRACE hingegen zielt eher auf die Messung von zeitlichen Variationen im Schwerefeld.

GODAE

Engl. Akronym für Global Ocean Data Assimilation Experiment; internationales Experiment mit der Vision eines globalen Systems von Beobachtungen, Informationsflüssen, Modellierungen und Datenintegration, das regelmäßig und in Echtzeit umfassende Informationen über den Zustand der Ozeane in drei Dimensionen liefert.

GOOS

Engl. Akronym für Global Ocean Observing System; im Aufbau befindliches internationales Beobachtungssystem der Ozeane, zur Ermittlung von Daten, die von Regierungen, Industrie, Wissenschaft und der Öffentlichkeit im Zusammenhang mit ozeanbezogenen Fragen, einschließlich der Wechselwirkungen Ozean-Atmosphäre benötigt werden. Die Datenbereitstellung dient insbesondere der Entwicklung von globalen und regionalen Modellen. GOOS ist ein Programm der UN-Organisationen UNESCO, WMO, UNEP und ICSU. Die deutschen GOOS-Aktivitäten werden vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie koordiniert.

Die GOOS-Ziele im einzelnen sind:

  • Klimaüberwachung, -beurteilung und -vorhersage
  • Überwachung und Abschätzung der marinen Lebendressourcen
  • Beurteilung und Vorhersage des Qualitäts- und Gesundheitszustandes, insbesondere der Küstenmeere.
GRACE

Engl. Akronym für Gravity Recovery and Climate Experiment; gemeinsame Mission von DLR und NASA mit Hilfe von 2 baugleichen Kleinsatelliten zur Bestimmung des irdischen Schwerefeldes und zur Beschreibung von Austauschvorgängen zwischen Land, Ozean und Atmosphäre als Nachfolgeprojekt zu CHAMP. Grace wird im Laufe seiner 5-jährigen Mission eine genaue Darstellung des Geoids erstellen. Das Geoid ist Ausdruck des irdischen Schwerefeldes und damit die grundlegende Gestalt, auf der jede Art von Altimetrie basiert.
Wie CHAMP wurden die im März 2002 im russischen Plesetsk gestarteten Zwillingssatelliten von Astrium, Immenstaad, gebaut. Die wissenschaftliche Auswertung obliegt auf deutscher Seite dem GFZ Potsdam.

Weitere Informationen: http://www.dlr.de/grace

High-Resolution Infrared Radiation Sounder (HIRS)

Instrument, das in NOAA-Satelliten auf polarer Umlaufbahn installiert ist, und das die Energie misst, die von der Atmophäre emittiert wird. Ziel ist, ein vertikales Temperatuprofil von der Erdoberfläche bis in 40 km Höhe zu erstellen. Die Messungen werden in 20 Spektralbereichen des Infrarotbandes vorgenommen.

H

Höhenmesser

s. Altimeter

HSB

Engl. Akronym für Humidity Sounder for Brazil; sondierender Sensor an Bord von Aqua zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit von der Erdoberfläche bis in eine Höhe von ca. 10 km. Aus den HSB-Daten können weiterhin Schlüsse über die Regenintensität in einem bestimmten Beobachtungsgebiet gezogen werden.

HYDROS

Engl. Akronym für Hydrosphere State; Satellitenmission im Rahmen von ESSP zur globalen Erkundung der wechselnden Bodenfeuchte und der Gefrier- und Auftauvorgänge an der Erdoberfläche. Beide Faktoren bestimmen den Zustand der Hydrospäre auf Land. Die Erkenntnisse sollen der Verbesserung von Wetter- und Klimavorhersagen dienen, sowie des Verständnisses der Abhängigkeiten zwischen Wasser- Energie- und Kohlenstoffkreisläufen. Man erwartet auch praktische Informationen hinsichtlich klimasensitiver sozio-ökonomischer Aktivitäten (Wasserwirtschaft, Landwirtschaft, Monitoring von Feuer-, Hochwasser-, Dürrekatastrophen).
Bei Hydros wird eine Kombination aus einem aktiven und einem passiven System (L-Band-Radar und Radiometer) eingesetzt. Das Instrument vollzieht bei seinem Überflug kreisförmige Scanbewegungen mit gleichbleibendem Beobachtungswinkel. Der Start ist für 2010 vorgesehen.

hyperspektrale Scanner

Abbildende Spektrometer, die multispektrale Daten in sehr engen Spektralbändern des sichtbaren Lichts, des nahen und mittleren Infrarots aufzeichnen. Die hohe spektrale Auflösung der objektspezifischen spektralen Signaturen in mehr als 15, generell jedoch in 30-200 aneinan-dergrenzenden Kanälen gestattet die Dokumentation eines nahezu kontinuierlichen Spektrums für jedes Bildelement. Damit können Objekte der Erdoberfläche getrennt und dementsprechend klassifiziert werden, die charakteristische Absorptions- und Reflexionseigenschaften in sehr schmalen Spektralbädern aufweisen und von den konventionellen operationellen Sensorsystemen der Erdbeobachtung nicht aufgelöst werden können.
Bis vor Kurzem waren hyperspektrale Scanner nur auf Flugzeugplattformen im Einsatz. Als erste Sensorsysteme auf Satellitenplattformen gelten MODIS im Rahmen der Terra-Mission auf EOS/AM-1 und Hyperion im Rahmen der EO1-Mission der NASA.

I

IKONOS

Von griech. 'Bild'; weltweit erster kommerzieller Satellit mit einer räumlichen Auflösung von einem Meter im panchromatischen Bereich und von vier Metern im multispektralen Bereich. IKONOS erreichte seine sonnensynchrone Umlaufbahn in 681 km Höhe im September 1999. Besitzer und Betreiber des Satelliten ist die Fa. Space Imaging, Denver, die ihrerseits im Besitz von Lockheed Martin Corp. und einer Anzahl amerikanischer und nicht-amerikanischer Firmen ist.

imager

Ein Satelliteninstrument, das Daten von der Erde und ihrer Atmosphäre aufzeichnet und verortet. Die Daten von Imagern werden von Computern in Bilder umgesetzt.

INSAT

Engl. Akronym für Indian Geostationary multi-function Satellite; indisches Wettersatellitensystem mit geostationärem Orbit, das auch mit Kommunikationsdiensten und Search-and-Rescue-Aufgaben betraut ist.

Weitere Informationen unter http://www.isro.org/satellites/geostationary.aspx

in situ

Lat. für am richtigen Platz; der Begriff bezieht sich hier auf Messungen, die im Gegensatz zur Fernerkundung am tatsächlichen Ort des beobachteten Objektes oder Materials vorgenommen werden. Typische in-situ Messverfahren sind Gaschromatographie oder Massenspektroskopie.

Indian Remote Sensing System (IRS)

Indische Fernerkundungssatelliten (IRS-1C, IRS-1D) mit optoelektronischen Sensoren.

Infrarotstrahlung (IR)

Infrarot ist elektromagnetische Strahlung, deren Wellenlänge von ca. 0,7 bis 1.000 Mikrometern reicht. Dies liegt über der sichtbaren und unter der Mikrowellen-Strahlung. Der überwiegende Teil der von der Erde und ihrer Atmosphäre emittierten Energie liegt im infraroten Bereich. Infrarote Strahlung wird fast vollständig durch innermolekulare Prozesse erzeugt. Die dreiatomigen Gase, wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Ozon absorbieren infrarote Strahlung und spielen eine wichtige Rolle bei der Ausbreitung von Infrarotstrahlung in der Atmosphäre.

Fernerkundungsinstrumente spüren die Strahlung, die natürlicherweise von der Erdoberfläche oder der Atmosphäre ausgesandt oder reflektiert wird, auf. Gleiches gilt für Signale, die von einem Satelliten ausgesandt und zu ihm reflektiert werden.

Im sichtbaren und infrarotnahen Spektralbereich können die chemische Oberflächenbeschaffenheit und die Vegetationsbedeckung gemessen werden. Im mittleren Infrarotbereich können geologische Formationen dank der von den Silikatstrukturen abhängigen Absorptionseigenschaften aufgespürt werden. Im entfernten Infrarot bieten Emissionen von der Atmosphäre und der Erdoberfläche Informationen über Luft- und Bodentemperaturen sowie über Wasserdampf und andere Spurenbestandteile der Atmosphäre. Da Infrarotdaten eher auf den Temperaturverhältnissen basieren als auf sichtbarer Strahlung, können die Daten bei Tag und Nacht erhoben werden.

Interferometer

Messaufbau zur Zusammenführung zweier kohärenter Wellenerscheinungen nach Durchlaufen verschieden langer Wege. Je nach relativer Phasenlage führt die Überlagerung der Signale zu einer Verstärkung oder Abschwächung des Ausgangssignals. Versetzt man die Signalquellen in relative Bewegungen zum Interferometer oder das Interferometer relativ zu den Signalquellen, durchläuft das Ausgangssignal Maxima und Minima, so dass sich die Interferometerphase bestimmen lässt. In der Geodäsie werden Radio-Interferometer eingesetzt, um große Entfernungen und geophysikalische Vorgänge zu messen.

Interpretation

1. Allgemein: Wertung eines Dechiffrierergebnisses unter Berücksichtigung von Theorie und empirischer Erfahrung sowie der gewonnenen Information.

2. Fernerkundung und Kartographie: Ableitung von Sekundärinformation aus Karten oder Fernerkundungsabbildungen durch logische Verknüpfungen, Gebiets- und Literaturkenntnisse sowie Interpretationserfahrungen. Die Interpretation einer Karte entspricht dem Kartenlesen. Die visuelle Interpretation von Fernerkundungsbildern entspricht dagegen einer Selektion von Information aus Mustern von Signalen. Die Interpretation erflogt immer in zwei Schritten: der Entdeckung von Information und der Identifikation. Im ersten Schritt werden Bildinhalte mehr oder weniger objektiv und präzise erfasst, während sie im zweiten bestimmten Objekten und Objektqualitäten zugeordnet werden. Informationen hierfür liefern die Bilddatenkanäle, graphische Kanäle (Karten) und Sachinformationen aus der Literatur (Kollateralinformation). Sobald eine Rückkoppelung mit Geländebefunden erfolgt ist, wird aus der Interpretation topographische und/oder thematische Bildauswertung.

J

Jason-1

Amerikanisch-französischer Satellit mit ozeanographischen Aufgaben, der im Dezember 2001 von der kalifornischen Vandenberg Air Force Base mit einer Boeing Delta II-Rakete gestartet wurde. Jason-1 ist das auf 5 Jahre angesetzte Nachfolge- und Parallelprojekt zu Topex-Poseidon. Als Tandem-Mission folgt Jason-1 in gleicher Höhe derselben Bodenspur wie Topex-Poseidon. Die nahezu simultanen Messungen der gleichen Ozeanflächen erlaubt einen genauen Vergleich und eine genaue Korrelation der zwei Messergebnisse. Ziele der Mission sind Erkenntnisse über

  • die Topographie der Meeresoberflächen
  • die Meereszirkulation
  • Klimavorhersagen
  • Meeresspiegelschwankungen

Jason-1 trägt fünf Instrumente: den Altimeter POSEIDON-2 als Hauptinstrument zur Höhenmessung, das Jason Mikrowellen-Radiometer, um Störungen durch atmosphärischen Wasserdampf zu messen. Dazu kommen die drei Positonsbestimmungssysteme, die auch auf Topex/Poseidon erfolgreich eingesetzt sind: Das Bahnbestimmungsinstrument DORIS, der Laser-Retroreflektor und der BlackJack GPS-Empfänger.

 

Links: Tandem-Mission Topex-Poseidon/Jason-1

Mitte: Vandenberg Air Force Base (Kal.)

Rechts: Trägerrakete Boeing Delta II beim Start

 

Weitere Informationen:

Jason-2 / OSTM

Die Ocean Surface Topography Mission (OSTM) auf dem Satelliten Jason-2 ist eine 2008 gestartete internationale Erdbeobachtungsmission, die die Messungen des Meeresspiegels fortsetzt, die 1992 zunächst mit der Mission Topex/Poseidon begonnen und 2001 mit der Mission Jason-1 weitergeführt wurden.
Wie seine zwei Vorgänger setzt OSTM/Jason-2 hochpräzise Ozean-Altimetrie ein, um die Entfernung zwischen dem Satelliten und der Meeresoberfläche bis im Bereich von wenigen Zentimetern zu bestimmen. Diese sehr genauen Beobachtungen der Höhenvariationen des Meeresspiegels - auch als Meerestopographie bezeichnet - liefern Informationen über den globalen Meeresspiegel, die Geschwindigkeit und die Richtung von Meeresströmungen und über die im Ozean gespeicherte Wärme. Der Satellit befindet sich in 1.336 km Höhe auf einem kreisförmigen, nicht-sonnensynchronen Orbit mit einer Inklination von 66 ° gegenüber dem Erdäquator. Damit vermag er innerhalb von 10 Tagen 95 % des eisfreien Ozeans zu beobachten. Jason-1 ist zur selben Zeit auf der gegenüberliegenden Seite der Erde und überfliegt die gleiche Region, die Jason-2 fünf Tage vorher beobachtet hat. Die Bodenspur von Jason-1 verläuft mittig zwischen denen von Jason-2, welche am Äquator etwa 315 km auseinander liegen. Diese abgestimmte Tandemmission liefert die doppelte Menge von Messungen der Ozeanoberfläche und macht so auch kleinerskalige Erscheinungen wie Ozeanwirbel sichtbar.
OSTM/Jason-2 soll für die Ozeanaltimetrie den Übergang schaffen vom Einsatz in der Forschung hin zur operationellen Anwendung. Die Verantwortlichkeit wird dann von den Raumfahrtagenturen übergehen zu den Wetterdiensten, die die gewonnenen Daten für kurzfristige, saisonale und langfristige Wettervorhersagen sowie für Klimaprognosen nutzen. Schon heute ist Jason-2 ein Programm in internationaler Partnerschaft mit Organisationen wie EUMETSAT, CNES, NASA und NOAA. Die Fortführung der Messreihen ist auch in der weiteren Zukunft gewährleistet, da Jason-3 voraussichtlich 2014 bei gleichem Organisationsrahmen und vergleichbarer technischer Ausstattung gestartet wird.

 

Ocean Surface Topography

NASA currently has two satellite missions that measure ocean surface topography. Jason-1, launched in 2001 continues the measurements begun by TOPEX/Poseidon, which operated from 1992 through 2006. The follow on mission to Jason-1, the Ocean Surface Topography Mission on Jason-2 (OSTM/Jason-2), was launched in 2008 and will take this important data record into a second decade.

From vantage points 1336 kilometers (830 miles) above the Earth, Jason-1 and OSTM/Jason-2 can measure the height of the ocean surface directly underneath the satellite with an accuracy of about 3 centimeters (just over 1 inch). The accurate determination of ocean topography is made by first measuring the precise height of the spacecraft above the center of the Earth. NASA's Global Positioning System receiver and the CNES Doris tracking system on board the satellites provide precise, continuous tracking of the spacecraft’s location. To produce accurate estimates of the satellite's orbital height, the satellite tracking information is combined with accurate models of the forces (e.g., gravity, aerodynamic drag) that govern the satellite motion.

Quelle: NASA

Altimetriedaten haben eine großes Nutzungsspektrum, das von der Grundlagenforschung in der Klimatologie bis zur Schiffsroutenplanung reicht:

  • Klimaforschung: Altimetriedaten werden in Computermodelle eingespeist, um Veränderungen der Temperaturverteilung in den Ozeanen, ein Schlüsselelement des Klimasystems, zu verstehen und vorherzusagen
  • El Niño und La Niña-Vorhersage: Das Verstehen lernen der Muster und Auswirkungen von Klimaphänomenen wie ENSO hilft mit, die verheerenden Effekte von Überschwämmungen und Dürren vorherzusagen und abzumildern
  • Vorhersage von tropischen Wirbelstürmen: Altimeterdaten und Satellitendaten der ozeanischen Winde werden integriert in Atmosphärenmodelle zur verbesserten Aussage über den Verlauf der Hurrikansaison und die Stärke der einzelnen Stürme
  • Schiffsroutenplanung: Karten von Strömungen, Wirbeln und Vektorwinden (Wind mit Richtung und Stärke) werden in der Handels- und Freizeitschifffahrt zur Routenoptimierung eingesetzt
  • Offshore-Aktivitäten: Kabelleger und Offshore-Ölaktivitäten benötigen eine genaue Kenntnis von den ozeanischen Zirkulationsmustern um die Einflüsse von starken Strömungen zu minimieren
  • Meeressäuger-Forschung: Pottwale, Robben und andere marine Säugetiere können im Bereich der nährstoff- und planktonreichen Ozeanwirbel aufgespürt und erforscht werden
  • Fischereiwirtschaft: Satellitendaten helfen beim Aufspüren von Ozeanwirbeln, die eine erhöhte Konzentration von Organismen der marinen Nahrungskette mit sich bringen und damit auch Fische und Fischer anlocken
  • Erforschung von Korallenriffen: Fernerkundungsdaten werden verwendet zur Überwachung und zur Bewertung von Korallenriff-Ökosystemen, die sensibel auf Veränderungen der Ozeantemperaturen reagieren
  • Aufspüren von ozeanischem Müll: Mit Hilfe von Altimetrie können gefährliche Materialien wie treibende und teilweise versunkene Fischnetze, Holzstämme und Schifftrümmer geortet werden.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass die lange Datenreihe mit den Poseidon-Altimetern entscheidend zum Verständnis der Berziehung zwischen Meereszirkulation und globaler Klimaänderung beitragen wird.

Weitere Informationen:

K

Kachelung

In der digitalen Bildverarbeitung Bezeichnung für eine segmentierte Speicherung einer Grauwertmatrix. Gegenüber einer zeilenweisen Speicherung hat die gekachelte Speicherung in quadratischen Segmenten identischer Größe (meist angegeben über Kantenlänge von 2n Pixeln) zahlreiche Vorteile in der Zugriffsgeschwindigkeit, vor allem bei nachfolgenden Operationen wie einer ausschnittsweisen Bildschirmdarstellung, der Bildfilterung im Ortsfrequenzbereich, dem Aufbau von Bildpyramiden und der Bildkompression.
Bei großen Geodatensätzen (Vektor- und Raster) wird das Gesamtgebiet häufig in Kacheln unterteilt, um einerseits die Erfassung und Primärbearbeitung zu verteilen und zu optimieren, andererseits um das Datenhandling in der Abgabe z erleichtern, nicht zuletzt aufgrund von Kapazitätsgrenzen vorhandener Speichermedien und der Anwendungssoftware sowie zum effektiven Transfer via Internet. Dazu kann die Kachelung schematisch (z.B. über das Gradnetz oder Gitternetz) oder inhaltsspezifisch (z.B. in kompakte geographische oder administrative Segmente) erfolgen.

Kalibrierung

Abgleichvorgang der Messgenauigkeit eines Instruments mit einem bekannten Standard.

Kanal

Syn. Band; in der Fernerkundung ein genau definierter Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Für den Empfang und die digitale Speicherung von Signalen in solchen Bereichen ist der jeweils spezielle Sensor eines Satelliten zuständig. Dabei werden der aufgenommenen Strahlungsintensität in jedem Kanal Werte von 0 bis 255 zugeordnet. Ordnet man nun jedem Wert eines Kanals einen bestimmten Grauwert zwischen schwarz (=0) und weiß (=255) zu, so kann man ein Bild der aufgenommenen Strahlung erhalten.
Insofern unterscheidet sich das "Wahrnehmungsvermögen" von Sensoren von dem einer Fotokamera, bei der mit der einfallenden Strahlung ein Film belichtet wird.
Der amerikanische Landsat-TM-Sensor erfaßt unter anderem jeweils getrennt rotes, grünes und blaues Licht, d.h. der Bereich des sichtbaren Lichts wird in drei Farbbereichen bzw. in drei Kanälen getrennt aufgenommen. Durch additive Farbmischung dieser drei Kanäle (blau+grün+rot=weiß; es können immer nur drei Kanäle gleichzeitig dargestellt werden!) entsteht ein scheinbar natürliches Bild.

Katastrophe

Eine schwerwiegende Unterbrechung der Funktionsfähigkeit einer Gemeinschaft oder Gesellschaft, die umfangreiche Verluste an Menschenleben, Sachwerten und Umweltgütern verursacht und die Fähigkeit der betroffenen Gesellschaft, aus eigener Kraft damit fertig zu werden, übersteigt. Bei großen Katastrophen kann sich das betroffene Gebiet i.d.R. nicht mehr aus eigener Kraft helfen und benötigt Hilfe von außen.
Eine Katastrophe ist eine Funktion im Risikoprozess. Sie entsteht aus der Kombination von Gefahren, Anfälligkeiten und unzureichenden Kapazitäten oder Maßnahmen, um die möglichen negativen Folgen eines Risikos zu reduzieren.

Katastrophenmanagement

Syn. Risikomanagement; das systematische Management von Verwaltungsentscheidungen, Organisation, operationellen Kompetenzen und Fähigkeiten, um politische Prozesse, Strategien und Bewältigungskapazitäten einer Gesellschaft oder Gemeinschaft zu implementieren, um die Auswirkungen von Naturgefahren und ähnlichen Umwelt- und technologischen Katastrophen zu verringern. Dies beinhaltet alle Arten von Aktivitäten, einschließlich technischer und nichttechnischer Maßnahmen, um negative Effekte von Gefahren zu vermeiden (Vorbeugung) oder zu begrenzen (Schadenminderung und Vorbereitung auf den Katastrophenfall). Wichtiger Bestandteil sind Frühwarnsysteme und ausgearbeitete Katastrophenpläne für Entscheidungsträger und die Bevölkerung.

Eine besondere Stellung beim Katastrophenmanagement haben Fernerkundungsverfahren. Deren Möglichkeiten, die von der Vorhersage etwa von Niederschlägen mit Satellitenbeobachtungen oder Radar bis zur Verwendung von GPS zur Lokalisierung von Einsatzfahrzeugen bei der Katastrophenhilfe reichen, werden heute intensiv erforscht und zur Einsatzfähigkeit entwickelt. So können Satellitenaufnahmen nicht nur zur Erkundung schwer zugänglicher Gebiete dienen, sondern sie bieten darüber hinaus zahlreiche Einsatzmöglichkeiten direkt bei Eintritt einer Katastrophe.

Die folgende Tabelle listet Einsatzmöglichkeiten von Fernerkundungstechniken im Katastrophenmanagement auf. Manche dieser Möglichkeiten sind derzeit noch nicht bis zur Einsatzreife entwickelt. Z.B. können Satellitenbilder üblicherweise noch nicht in Echtzeit zur Verfügung gestellt werden. Andererseits bieten Technologien wie GIS und GPS, vor allem in ihrer Kombination, neue Möglichkeiten zur Verbesserung des Einsatzes von Hilfsfahrzeugen.

Einsatzmöglichkeiten von
Fernerkundungstechniken im Katastrophenmanagement
Katastrophenursache ermittelbare Parameter Sensoren/Satelliten
Erdbeben Topographie
digitale Höhenmodelle
Zustandsveränderungen
(Interferometrie)
SPOT
Landsat TM
ERS-1/-2
Radarsat
Dürre Niederschlag
Vegetationsindex
Vegetationszustand
Bodenfeuchte
NOAA-AVHRR
SPOT
Landsat TM
Meteosat, MSG
Flut (u.a. Hochwasser) Niederschlag
Topographie
Wolkenbedeckung
Überflutungsflächen
Schneebedeckung
Bodenfeuchte
NOAA-AVHRR
ERS-1/-2
Meteosat, MSG
Vulkanausbrüche Deformationen
Aufwölbungen
Eruptionswolken
Oberflächentopographie
Hangneigungen
ERS-1/-2
SPOT
Landsat TM
Stürme (Wind, Sandstürme) Wolkenbedeckung
Windfelder
Luftdruck
Niederschlag
Meteosat, MSG
NOAA-AVHRR
ERS-1/-2
GOES
Wildfeuer Oberflächentemperaturen
Vegetationsindex
Topographie
NOAA-AVHRR
ERS-1/-2
SPOT
Landsat TM
Hangrutschungen digitale Geländemodelle
Bodenfeuchte
Niederschlag
Zustandsveränderungen
SPOT
Landsat TM
ERS-1/-2
Massenschädlinge digitale Geländemodelle
Vegetationszustände
Bodentemperatur
Klimafaktoren
NOAA-AVHRR
ERS-1/-2
SPOT
Landsat TM
Katastrophenmonitoring

Das Monitoring (Überwachung) von katastrophenträchtigen Regionen bzw. Erscheinungen, z.B. von Vulkanen mit ihren präeruptiven Äußerungen (vulkanische Erdbeben, Aufbeulung der Erdkruste, verstärkte Gasemissionen, Aufheizung u.a.). Für Vulkane, die nicht mit konventionellen Methoden überwacht werden, erlaubt die Fernerkundung durch Satelliten nicht nur komplementäre Beobachtungen, sondern bietet auch neue Methoden, z.B. die Veränderung von Krustendeformationen über das synthetische Apertur-Radar. Daneben betrifft die satellitengestützte Vulkanüberwachung vor allem den Nachweis von Eruptionen, Überwachung thermischer Veränderungen sowie Überwachung der Eruptionssäulen. Gleichfalls zum Objekt des Katastrophenmonitorings gehören technologische Gefahren und Katastrophen (Dammbrüche, Terrorattacken).

Die wichtigsten Faktoren, die den Nutzen der Fernerkundungsdaten im Bereich von natürlichen und technologischen Gefahren bestimmen sind Massstab, räumliche, spektrale und zeitliche Auflösung, ferner Flächenabdeckung, radiometrische Eigenschaften, Datenkosten und -verfügbarkeit. Gerade in diesem Aufgabenfeld steigert sich die Bedeutung und der Wert der Fernerkundungsdaten durch sachkundige Interpretation in Verbindung von herkömmlichen Karten und bodengestützten Daten. Eine Extraktion der Informationen und deren Integration in ein GIS kann für die humanitäre Hilfe von großer Bedeutung sein.

Die Bedeutung von Sensoren im sichtbaren Teil des Spektrums ist wegen der häufigen Wolkenbedeckung von Vulkanen eingeschränkt. Radarsatelliten erlauben Datengewinnung bei jedem Wetter, können aber keine thermische Strahlung aufnehmen. Multispektrale Sensoren mit hoher räumlicher Auflösung eignen sich weniger gut zu einer häufigen Überwachung von Vulkanen als Sensoren mit geringer Auflösung.

Auch ENSO-begleitende Katastrophen (z.B. Waldbrände, Hochwasser, Dürren, Stürme) sind wie das Ozean/Klima-Phänomen selbst Gegenstand intensiven FE-Monitorings.

Bis in die jüngere Vergangenheit hinein wurde bei Katastrophen mit Satellitenfernerkundung allerdings eher experimentell in der Nachsorge reagiert. Erst vor kurzer Zeit sind Weltraumagenturen wie NASA und ESA, koordiniert durch das globale Komitee der erdbeobachtenden Weltraumagenturen CEOS, sowie kommerzielle Datenanbieter dabei, sich stärker auf die Bedürfnisse von Anwendern in Hilfsorganisationen oder Versicherungen einzustellen. Sie entwickeln Hilfen für die Risiko- und Vulnerabilitätskartierung und Strukturen für raschere Informationsdienste. Eine operationelle Informationsversorgung bleibt Zukunftsaufgabe, da ein Beobachtungssystem aus einer ausreichenden Zahl von Satelliten für zivile Zwecke nach dem Muster der Wettervorhersage bislang fehlt.


Weitere Informationen:

 


Kepler'sche Gesetze

Grundlegende Gesetze zur Beschreibung der Bewegung eines kleinen Körpers (hier: Satellit) um seinen Zentralkörper (hier: Erde), dessen Gravitationsfeld als kugelsymmetrisch angenommen wird, sodass es dem einer Punktmasse bzw. eines Massepunktes entspricht. Die von Kepler für die Planetenbewegung um die Sonne empirisch gefundenen Gesetze lauten, übertragen auf die Bewegung eines Satelliten um die Erde:

  1. Satellitenbahnen sind Ellipsen, in deren einem Zentrum die Erde (genauer: das Geozentrum) steht.
  2. Der Radiusvektor Radiusvektor vom Geozentrum zum Satelliten überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen.
  3. Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Satelliten verhalten sich wie die dritten Potenzen der Bahnhalbachsen
Klassifizierung

Syn. Klassifikation; in der Fernerkundung werden zwei Arten von Klassifizierung unterschieden:
Die überwachte Klassifizierung, bei der für jede Objektklasse eine Musterklasse bestimmt wird. Aus diesen Musterklassen wird wiederum der Klassifikator bestimmt. Jedes Element außerhalb einer Musterklasse wird sodann mittels dieser Entscheidungsfunktion des Klassifikators auf Grund seiner typischen Geländeinformation (z.B. spektrale Signatur bei Multispektralbildern) einer Objektklasse zugeordnet. Ein Objekt weist daneben noch andere Merkmale auf, die bei einer Klassifikation berücksichtigt werden können, beispielsweise Textur, Musterung, Größe, Form, Orientierung, Zeit und Merkmale wie Winkel, Enden und Kanten. Eine überwachte Klassifikation kann hierarchisch oder iterativ durchgeführt werden. In beiden Fällen werden für ausgesuchte Areale des Bildes Trainingsdaten gewonnen und danach das gesamte Bild klassifiziert.
Die unüberwachte Klassifizierung unterscheidet sich in Hinblick auf die überwachte darin, dass keine Geländeinformation und keine Anzahl der Objektklassen benötigt wird. Mittels eines Klassifikators (z.B. ein Abstandsmaß) wird iterativ jedes Bildelement einer Teilgesamtheit zugeordnet. Diese Teilklassen besitzen jedoch noch keine Objektidentität.

L

Landsat
Landsat Landsat

US-Fernerkundungssystem aus einer Serie von mehrfach weiterentwickelten Satelliten, die seit 1972 in ihre Umlaufbahn gebracht wurden, zuletzt im Jahre 1999 Landsat-7 ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus). Die Spektralbereiche des Systems sind für eine Differenzierung von Landoberflächen ausgelegt, Gleiches gilt für die Bodenauflösung von 30 x 30 Metern hinsichtlich vieler Aufgabenstellungen. Landsat-Satellitenaufnahmen werden deshalb häufig für Landnutzungsklassifikationen, für geologisch/mineralogische Explorationsarbeiten, Erntevorhersagen, Waldzustandserhebungen, Katastrophenmanagement und kartographische Arbeiten herangezogen.

Es wurden für die systematische Aufnahme vom Satelliten kreisförmige, polnahe und sonnensynchrone Umlaufbahnen gewählt, um praktisch die ganze Erdoberfläche beobachten zu können. Die Satellitenbahn behält ihre Lage im Raum bei, aber durch die Rotation der Erdkugel wandert die Erdoberfläche unter dieser Bahn hindurch. Die Bodenspuren der aufeinanderfolgenden Umläufe sind deshalb etwas gegeneinander versetzt. Die Bahnparameter sind so gewählt, dass nach und nach die ganze Erdoberfläche aufgenommen werden kann und sich der Vorgang bei den Landsat-4, -5 und -7 nach 16 Tagen wiederholt. Die Polkappen werden nicht erreicht, da die Satellitenbahn gegen die Äquatorebene nicht genau um 90 Grad geneigt ist. Die Bahnen von Landsat-5 und Landsat-7 sind derart gegeneinander versetzt, dass alle 8 Tage ein Überflug durch einen der beiden Satelliten erfolgt.
Die Satelliten wurden mit optisch-mechanischen Scannern, nämlich Landsat-1 bis -5 (ab 1972) mit dem Multispectral Scanner (MSS), Landsat-4 und -5 (ab 1982) zusätzlich mit dem Thematic Mapper (TM), und Landsat-7 (ab 1999) mit dem ETM+. Die Daten der verschieden alten Systeme sind kompatibel, was der Erfassung von Veränderungen zugute kommt.
Die Kontinuität der Landsat-Daten ist gewährleistet durch den erfolgreichen Start der Landsat Data Continuity Mission (LDCM) im Februar 2013. Nach der von der NASA betreuten Testphase und mit Beginn der normalen Routinearbeit am 30. Mai 2013 wurde die Mission in Landsat-8 umbenannt und liegt nunmehr in den Händen des USGS.

Technische Daten der Landsat-Sensoren
  Landsat 4, 5 (1 - 3)
Multispectral Scanner
Landsat 4, 5
Thematic Mapper
Landsat 7
Enhanced Thematic Mapper Plus
Betrieb seit 1972 seit 1982 seit 1999
Flughöhe 705 km (915 km) 705 km 705 km
Wiederholrate 16 (18) Tage 16 Tage 16 Tage
Streifenbreite 185 km 185 km 185 km
Pixelgröße 79 x 79 m2 30 x 30 m2 30 x 30 m2
Spektralkanäle 1 (4)  0,50-0,60 µm
2 (5)  0,60-0,70 µm
3 (6)  0,70-0,80 µm
4 (7)  0,80-1,10 µm
1  0,45-0,52 µm
2  0,52-0,60 µm
3  0,63-0,69 µm
4  0,76-0,90 µm
5  1,55-1,73 µm
7  2,08-2,35 µm
1  0,45-0,52 µm
2  0,52-0,60 µm
3  0,63-0,69 µm
4  0,76-0,90 µm
5  1,55-1,73 µm
7  2,08-2,35 µm
Thermalkanal 6  10,4-12,5 µm
    (120 x 120 m2)    
6  10,4-12,5 µm
    (60 x 60 m2)  
Panchromatischer Kanal (15x15 m2) 8  0,52-0,90 µm
langwellige Strahlung

Die Strahlung, deren Wellenlängen größer als 4 Mikrometer sind, was der Strahlung entspricht, die von der Erde und der Atmosphäre ausgesandt wird.

Laser

Engl. Akronym für light amplification by stimulated emission of radiation, also Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsfreisetzung; im Bereich der Fernerkundung ein aktives Instrument. Laserlicht kann im Spektralbereich zwischen Infrarot- und Ultraviolettstrahlung erzeugt werden und ist monochromatisch (eine Spektrallinie) sowie kohärent – ein Lichtstrahlenbündel ist kohärent, wenn sich alle seine Wellen bzw. Photonen phasengleich ausbreiten. Dies ist der Grund, weshalb sich Laserlicht mit extrem hoher Intensität, äußerst geringer Strahlaufspaltung und hoher Farbreinheit (Frequenzschärfe) erzeugen lässt.

LIDAR

Engl. Akronym für Light Detection and Ranging; oft etwas ungenau als "Laser-Radar" bezeichnet. Klasse aktiver Sensoren, die das von einem Laser emittierte und zurückgestreute Licht zur Bestimmung von Wolkenobergrenzen, Aerosolen und in besonderen Fällen auch von Spurengasen nutzen. Wegen sehr hoher technischer Schwierigkeiten bei der Raumflugtauglichkeit von Lasern werden LIDAR-Sensoren zur Zeit vorwiegend noch als boden- oder flugzeuggestützte Sensoren eingesetzt.

Lightning Imaging Sensor (LIS)

Ein kleines und hochentwickeltes Gerät zur Aufspürung und Lokalisierung von Blitzen in den Tropen aus einer Höhe von 350 km. Der LIS befindet sich an Bord des Satelliten der Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM). Er beobachtet Tag und Nacht jegliche Art von Blitzen, deren räumliches Auftreten und dient

  • der Wolkenklassifikation
  • der Untersuchung des Wasserkreislaufes
  • der Untersuchung von Konvektionsvorgängen in Stürmen
  • Erkenntnissen in Mikrophysik und Dynamik
  • der saisonalen und interanuellen Variabilität von Gewittern
Luftbild

Photographisches Bild eines Teils der Erdoberfläche, die von Luftfahrzeugen - i.d.R. von Flugzeugen - aus aufgenommen werden. Vielfach werden die Ergebnisse anderer Aufnahmeverfahren ebenfalls Luftbild genannt. So spricht man oft von Thermal-Luftbildern, wenn eine bildhafte Wiedergabe der Erdoberfläche im thermalen Strahlungsbereich vom Flugzeug aus gewonnen wird.

M

Maximum-Likelihood-Klassifizierung

In der Fernerkundung eine überwachte Klassifizierung nach der Methode der größten Wahrscheinlichkeit.

Meeresgeodäsie

Objektgerichtetes, auf Meeresgebiete der Erde bezogenes Aufgabenfeld der Geodäsie. Ihre Ziele sind die Vermessung und Abbildung von Meeresspiegel und Parametern des Erdschwerefeldes (Äquipotentialflächen) sowie deren zeitlichen, z.B. gezeitenbedingten, Änderungen. Höhenunterschiede zwischen Meeresoberfläche und einer mittleren Äquipotentialfläche sind das Oberflächenrelief, oft ungenau als Meerestopographie (Topographie: Ortsbeschreibung) bezeichnet. Die Messungen erfolgen heute fast ausschließlich mittels künstlicher Erdsatelliten (Altimetrie). Es bestehen enge Verbindungen zur Ozeanographie.
Ortung und Führung von Fahrzeugen auf den Meeren gehören nicht zur Meeresgeodäsie, sondern zur Navigation und Nautik; Seekarten dafür schafft das Seevermessungswesen.

Weitere Informationen: Der Meeresspiegel – ansteigend und fast im Lot (Wolfgang Bosch, Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut 2008)

Meeresoberflächentemperatur (SST)

Engl. sea surface temperature (SST); vereinfacht die Temperatur, die über die von der Meeresoberfläche emittierte Strahlung gemessen wird. Der Begriff ist häufig noch vage verwendet, z.T. widersprüchlich definiert. Die Temperatur bewegt sich von ungefähr -2 °C in den Polarregionen bis zu 32 °C in den Tropen.
Da Meeresströmungen charakteristische Temperaturen besitzen, sind die SST der bevorzugte Datentyp für die Beobachtung der Meereszirkulation. Die Meeresoberflächentemperatur hat einen großen Einfluss auf den Austausch von Wärme, Feuchtigkeit, Impuls und Gasen zwischen Atmosphäre und Ozean. Satellitensensoren sind gut geeignet, die SST zu messen, da sie aus einer synoptischen Perspektive regelmäßig Daten liefern, die eine hohe räumliche und radiometrische Auflösung besitzen.
Die thermische Vertikalstruktur der obersten 10 m der Ozeane kann sehr komplex und höchst variabel sein. Der SST-Wert kann deutlich variieren, und zwar in Abhängigkeit von der vertikalen Position der Messung, des eingesetzten Sensors, der Tageszeit vor Ort und der lokalen Verhältnisse an der Schnittfläche Ozean/Atmosphäre. Solche Schwierigkeiten machen die Vermengung von verschiedenen Satellitendatensätzen und in situ-Datensätzen schwierig.
Im Anhang der ENSO-DVD ist eine vergleichende Animation der Anomalien von SST und SSH im Pazifik für den Zeitraum 10/92 - 08/02 aufrufbar.

 

Meeresoberflächentemperaturen vom 4.4.2013

Von Satellitendaten abgeleitete Meeresoberflächentemperaturen, bereitgestellt vom Datenzentrum am University of Wisconsin-Madison Space Science and Engineering Center

Die aktuelle Grafik finden Sie unter SSEC

Quelle: SSEC

Meeresspiegel

Syn. Meeresoberfläche; Grenzfläche zwischen Atmosphäre und Hydrosphäre und gleichzeitig das Höhenniveau der Meeresoberfläche. Der Meeresspiegel entspricht genähert einer Äquipotentialfläche des Erdschwerefeldes. Von einem langjährigen mittleren Meeresspiegel ist der momentane Meeresspiegel zu unterscheiden.
Der aktuelle Meeresspiegel unterliegt zahlreichen, räumlich und zeitlich stark variierenden Einflüssen. Oberflächenwellen werden durch Schwankungen des Wind- und Luftdruckfeldes angeregt. Der Meerespiegel steigt und fällt vor allem an den Küsten durch die Anziehungskräfte von Sonne und Mond im etwa halb- und ganztägigen Rhythmus. Der Meeresspiegel tendiert dazu, Luftdruckschwankungen auszugleichen (inverser Barometereffekt). Schließlich ergeben sich Wasserstandsänderungen durch Verlagerung von Meeresströmungen und Dichteunterschiede des Wassers, die durch Veränderungen von Temperatur- und Salzgehalt verursacht werden. Sekundärkräfte wie die Corioliskraft, Reibung und Reflexion beeinflussen ebenfalls den Meerespiegel.
Satellitenaltimeter machen seit dem Start von TOPEX/Poseidon im Jahre 1992 präzise Messungen des Meeresspiegels. Dieser Mission folgten 2001 Jason-1 und 2008 Jason-2. Im Frühjahr 2015 werden die NASA und ihre internationalen Partner (CNES, NOAA und EUMETSAT) Jason-3 starten und damit die Datenkontinuität gewährleisten.

 

Anomalien der Meeresspiegelhöhen am 18. März 2013 in Millimeter

Daten von der OSTM/Jason-2 Satellitenmission

Dem Neutralzustand der ENSO-Phasen zu dieser Zeit entsprechend, zeigt der tropische Pazifik keine markante Erscheinung, d.h. in dieser Darstellung dominiert die Farbe Grün symbolhaft für durchschnittliche Bedingungen.
Jason-2 benutzt Radar-Altimetrie zur weltweiten Messung der Meeresspiegelhöhe. Die Gestaltung der Bilder erfolgt so, dass das jahresübergreifende Signal betont wird. Das Signal der mittleren Werte, das saisonale Signal und der Trend werden dabei entfernt.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken

Die aktuelle Grafik finden Sie unter NASA/JPL - Quelle: NASA/JPL

Weitere Informationen:

Mercator

Im Aufbau befindliches französisches System zur operationellen Ozeanbeobachtung bei gleichzeitigem Einsatz von Satellitenfernerkundung und in situ-Messungen. Altimeterdaten werden von Jason-1 und von ENVISAT bereitgestellt, die in situ-Daten vom System CORIOLIS mit seinen Treibbojen. MERCATOR ist der französische Beitrag zum weltweiten GODAE-Projekt.

Weitere Informationen: http://www.mercator-ocean.fr/

MERIS

Engl. Akronym für Medium Resolution Imaging Spectrometer; Nutzlast auf Envisat , hauptsächlich für die Ozean- und Vegetationsüber-wachung. Seine Bodenauflösung beträgt ca. 300 m. Das abbildende Spektrometer misst die von der Erde reflektierte Sonnenstrahlung in 15 Spektralbändern aus dem sichtbaren Spektralbereich und dem nahen Infrarot. Der Sensor ermöglicht eine weltweite Beobachtung alle 3 Tage. MERIS soll vorrangig die Ozeanfarbe auf hoher See und in Küstenregionen dokumentieren. Aus der Kenntnis der Meeresfarbe kann man auf die Chlorophyllpigment-Konzentration, die Schwebstoff-Konzentration und die Aerosolfracht über dem Meer schließen. Daneben liefert MERIS Informationen über die Höhe der Wolkenobergrenzen, die vertikale Wasserdampfverteilung der Atmosphäre und die Aerosolfracht über Land.

Messgeometrie

Darstellung der verschiedenen, in der Fernerkundung benutzten Messgeometrien.

Limb-Messung

Nadir-Messung

Okkultations-Messung

meteorologisches Satellitensystem

Als Beitrag zur Welt-Wetterwacht von der Weltorganisation für Meteorologie koordiniertes Satellitensystem. Es besteht aus zwei Teilsystemen, nämlich fünf geostationären und mindestens zwei polarumlaufenden Wettersatelliten. Das System ist derart abgestimmt, dass eine kontinuierliche und global lückenlose Erdbeobachtung gewährleistet ist. Die geostationären Satelliten erfassen nahezu kontinuierlich das Gebiet der Erde zwischen ca. 70° N und S, jedoch nicht die Polargebiete. Jeder sonnensynchrone, polarumlaufende Satellit erfasst dagegen zweimal pro Tag die gesamte Erde in einzelnen, zeitlich versetzten Beobachtungsstreifen, die im Falle der NOAA-Satelliten eine Breite von ca. 3.000 km haben. Die operationellen geostationären Satelliten sind: Meteosat, GOES, GMS sowie GOMS; die polarumlaufenden Satelliten sind stets zwei Satelliten der NOAA sowie METEOR.

Quelle: MetEd / UCAR

 

Our planet is so large that it's nearly impossible for one country to monitor it. With dozens of satellites in orbit from various countries, coordination and cooperation are key to conserving resources, eliminating redundancy, and providing backup. Europe and the United States coordinate their polar-orbiting satellites with just such an aim in mind. And the Chinese, Brazilians, Indians, Japanese, Russians, and others also cooperate on satellite-related issues and resources.

Sometimes countries modify their orbits or provide extra instruments for other countries' satellites. Satellite operators from different countries also share technical knowledge, such as ideas for improving instruments and maximizing their performance.

The Global Climate Observation System (GCOS) was founded with cooperation in mind. GCOS provides principles and guidelines to satellite operators for acquiring and storing observations from satellites and other sources that are helpful for monitoring climate. In response, satellite operators have started several international activities to produce Climate Data Records (or CDRs). This includes the WMO SCOPE-CM initiative. (It stands for Sustained, Coordinated Processing of Environmental Satellite Data for Climate Monitoring.) GCOS also helps coordinate international satellite mission planning and tries to persuade countries to share their data with others.

METEOSAT

Engl. Akronym für Meteorological Satellite; Serie von europäischen geostationären Wettersatelliten, die von der ESA ins All gebracht wurden und von der EUMETSAT betrieben werden. METEOSAT ist über dem Golf von Guinea (0°/0°) in 35.800 km Höhe positioniert. Von dort nimmt er alle 30 Minuten einen Ausschnitt von der Erdoberfläche mit einer N-S und W-E-Erstreckung von 70° auf und übermittelt die Informationen zur Bodenstation. Als Teil des globalen meteorologischen Satellitensystems teilt sich METEOSAT die geostationäre Wetterbeobachtung mit vier weiteren Satellitensystemen, dem japanischen GMS, dem indischen INSAT und den US-amerikanischen GOES E und GOES W.
Sein wichtigster Sensor ist ein Radiometer, das in drei Spektralkanälen aufnimmt: im VIS (sichtbares Licht, 0,5-0,9 µm), im WV (Bereich hoher Wasserdampfabsorption, 5,7-7,1 µm) und im IR (thermisches Infrarot, 10,5-12,5 µm).
Als künftigen Ersatz für die bisherigen METEOSAT baut die ESA drei Satelliten MSG (METEOSAT Second Generation). MSG-1 wurde am 29. August 2002 gestartet. Die neue Serie wird schärfere Multispektralbilder in doppelter Häufigkeit (alle 15 statt alle 30 Minuten) liefern und dies mit zwölf Kanälen gegenüber den bisherigen drei Kanälen.

METOP

Engl. Akronym für Meteorological Operational Satellite; in Entwicklung befindlicher, in drei Exemplaren geplanter polarumlaufender Wettersatellit der EUMETSAT mit für 2005 vorgesehenem Erststart. Er repräsentiert den europäischen Beitrag zu einer Kooperation mit den USA zur Klimabeobachtung und Wettervorhersage. Beispielsweise vermag er mit seinem ASCAT Scatterometer die Oberflächenwinde über den Meeren zu messen.

MHS

Engl. Akronym für Microwave Humidity Sounder; Mikrowellensensor auf den NOAA-TIROS- und METOP- Satelliten zur Messung von atmosphärischen Feuchtigkeitsprofilen, Wolken- und Niederschlagsparametern.

Mikrowellen

Elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen zwischen ca. 1.000 Mikrometern und einem Meter, das entspricht Frequenzen zwischen 300 GHz und 300 MHz. Strahlung dieser Art wird von den Materialien an der Erdoberfläche aufgrund ihrer Temperatur abgegeben. Diese Signale, die mit Mikrowellenradiometern empfangen werden können, vermögen Informationen über Schneebedeckung, Bodenfeuchte, Ölverschmutzung u.ä. zu vermitteln.
Mikrowellen unterscheiden sich in ihrem Verhalten grundlegend von der emS im optischen und thermalen Spektralbereich. Sie werden von der Atmosphäre kaum beeinflusst und vermögen auch Wolken, Dunst, Rauch, Schnee und leichten Regen fast ungestört zu durchdringen. Deshalb ist ihre Anwendung in der Fernerkundung praktisch unabhängig vom Wetter. Da die Signale von geringer Intensität sind, lassen sie sich nur in grober geometrischer Auflösung erfassen. Als Folge können durch passive Mikrowellen-FE keine zur Interpretation geeigneten Bilder erzeugt werden.
Hingegen lassen sich detaillierte Bilderwiedergaben durch aktive Systeme gewinnen, welche Mikrowellen-Strahlung einer bestimmten Wellenlänge selbst erzeugen, vom Systemträger aus schräg auf die Erdoberfläche abstrahlen und die reflektierten Signale in Bilddaten umsetzen.

Mikrowellen-Fernerkundung

Erdbeobachtung mit Hilfe von Sensoren, die im cm-Wellenbereich empfindlich für die von der Erde reflektierte Strahlung sind. Es kommen passive Systeme, wie auch aktive Systeme zum Einsatz. Zu letzteren zählt die Radar-Fernerkundung, die im Vergleich zum Monitoring im Bereich des sichtbaren Lichtes und des Infrarots andere Möglichkeiten erschließt. Dazu gehören die erhöhte Eindringtiefe der Strahlung in die Erdoberfläche (X-Band, 3 cm-Wellen) sowie die Unabhängigkeit von Witterungsbedingungen, da die Moleküle in der Atmosphäre im Mikrowellenbereich nicht stören.

MIPAS

Engl. Akronym für Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding; Horizont-sondierendes (Limb Sounding) IR-Interferometer auf ENVISAT. Es wurde bereits auf Flugzeugen und Ballons eingesetzt. Dieser Sensor kann durch spektral hochaufgelöste Beobachtung der thermischen Emission der Atmosphäre Profile von mehr als 20 Spurengasen global bei Tag und Nacht im Bereich zwischen der oberen Troposphäre und der unteren Thermosphäre messen.

mittleres Infrarot

Elektromagnetische Strahlung zwischen dem nahen Infrarot und dem thermischen Infrarot mit Wellenlängen von ca. 2-5 Mikrometern.

MODIS

Engl. Akronym für Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer; das Hauptinstrument an Bord der Satelliten Terra und Aqua. Auf beiden Satelliten bestreicht MODIS die komplette Erde alle 1 bis 2 Tage. MODIS zeichnet in 21 nach Anwendungsbereich ausgewählten Bändern im Spektralbereich von 3,0 µm und in 15 ebenso ausgewählten Bändern im Spektralbereich von 3,0  µm bis 14,5 µm Daten mit einer Bodenauflösung von 250 m, 500 m oder 1 km in Nadirrichtung auf. 
Diese Daten werden unser Verständnis der globalen Dynamik und Prozesse auf dem Land, in den Ozeanen und in der unteren Atmosphäre verbessern. MODIS liefert umfassende Messungen des ozeanischen Lebens (Phytoplankton), von der Landvegetation, der Wolkenbedeckung und von Bränden.

Weitere Informationen: http://modis.gsfc.nasa.gov

Monitoring
  1. Im allgemeinen, weitgefassten Sinne die kontinuierlich andauernde oder zeitweise Untersuchung und Überwachung der Veränderungen eines Systems, zumeist Komponenten oder Aspekte der Umwelt. Im Rahmen des Monitoring werden über einen längerfristigen Zeitraum Messdaten im realen Umfeld erfasst, analysiert und dokumentiert. Der zeitnahe Vergleich der gemessenen Datenwerte mit Sollwerten, die eine geplante Zielstellung repräsentieren, ermöglicht eine unmittelbare Kontrolle und fortlaufende Steuerung des Systems.
  2. In einem enger gefassten Sinne die Beobachtung und Kontrolle von qualitativen und quantitativen Veränderungen mittels Zeitreihenuntersuchungen im lokalen, regionalen und globalen Maßstab anhand von Bild- und anderen Datenaufzeichnungen. Diese Prozesse können in verschiedenen zeitlichen Ebenen ablaufen: kurzfristig (z.B. Vulkanausbruch), saisonal (z.B. Ernteertragsberechnungnungen), mittelfristig (z.B. Holzeinschlag im tropischen Regenwald) und langfristig (z.B. Landschaftswandel in Folge zunehmender Flächennutzungsintensität, Abschmelzen von Gletschern, Flussdeltaentwicklung).
    Voraussetzung für ein erfolgreiches Monitoring ist ein an die verfügbaren Daten angepasstes Auswertekonzept nach einheitlichen Parametern und einheitlichen Regeln der Bildvorverarbeitung. Zumeist erfolgt die Auswertung der FE-Daten im Kontext mit anderen Sach- und Raumdaten, die wiederum häufig in einem Geoinformationssystem verwaltet werden. Die integrierte Raster- und Vektordatenverarbeitung trägt wesentlich zur Verbesserung der Ergebnisse  des Monitorings bei und eignet sich besonders auch zur Entwicklung von Szenarien für mögliche künftige Entwicklungen.
Mosaik
  1. In der Fernerkundung und in der Photogrammetrie ein aus zahlreichen, nicht entzerrten Einzelbildern zusammenmontiertes Produkt, das je nach Herkunft der Einzelbilder als Luftbildmosaik oder Satellitenbildmosaik bezeichnet wird.
  2. Ein aus mehreren benachbarten digitalen Fernerkundungsbildern zusammengesetztes Übersichtsbild. Dieses behält den hohen Informationsgehalt und die Auflösung der Originalbilder weitestgehend bei. Nach dem Grad der Geokodierung der verwendeten Bilder unterscheidet man zwischen Bildskizze (uncontrolled mosaic), die aus nicht geokodierten Bildern hergestellt und daher nur beschränkt ausmessbar ist, Bildplanskizze (semi-controlled mosaic) aus grob entzerrten Bildern, die auch kartographisch mit Beschriftung, Randbearbeitung, Höhenangaben und Gitternetz überarbeitet sein kann, und Bildplan oder kontrolliertem Mosaik (controlled mosaic) aus entzerrten Bildern mit kartographischer Bearbeitung und meist in gebräuchlichen Kartenmaßstäben.
multispektral

Bezeichnung für Sensoren, die Bilder oder Messdaten in mehreren Spektralbereichen gleichzeitig aufnehmen. Hat ein Sensor drei spektrale Kanäle im Bereich von rot, grün und blau, ergibt sich ein Bild mit natürlichem Farbeindruck. Überdecken die spektralen Kanäle auch Bereiche ausserhalb der Empfindlichkeit des menschlichen Auges (z.B. im Infrarot) ergeben sich sogenannte Falschfarbenbilder.
Beispiele für multispektrale Sensoren im optischen Spektralbereich sind TM oder AVHRR.

Multispectral Scanner (MSS)

Multispektraler abbildender Sensor auf den Landsat-Satelliten 1 - 5 mit vier spektralen Kanälen und einer räumlichen Auflösung von 56 m x 72 m. Er tastet die Erdoberfläche mit Hilfe eines hin- und herwippenden Spiegels in 185 breiten Zeilen quer zur Flugrichtung ab. Die Daten dieses optisch-mechanischen Scanners werden entweder direkt oder nach einer Zwischenspeicherung auf Magnetband zu weltweit verteilten Empfangsstationen übertragen.

multitemporal

Bezeichnung für Daten, die dieselbe Region zu verschiedenen Zeitpunkten darstellen. Bei der Methode der multitemporalen Auswertung von SAR-Daten werden dabei drei Bilder unterschiedlicher Zeitpunkte zu einem Farbkomposit kombiniert, indem den Grundfarben rot, grün und blau jeweils einer der Zeitpunkte zugeordnet wird. Die entstehenden Farben stellen die zeitlichen Veränderungen (wie z.B Wachstum eines Weizenfeldes) dar; grau bedeutet dagegen, dass sich zwischen den einzelnen Bildern nichts verändert hat. Multitemperale Bilder erlauben damit eine Aussage über Veränderungen der beobachteten Objekte (change detection).

multitemporale Klassifizierung

Klassifizierung von Fernerkundungsdaten mehrerer Aufnahmezeitpunkte. Vielfach sind mithilfe einer einzelnen Aufnahme nicht sämtliche wünschenswerten Klassifizierungsergebnisse erreichbar. Dies führt dazu, dass häufig Aufnahmen des gleichen Gebietes, aber von unterschiedlichen Aufnahmezeitpunkten ausgewertet werden.
Gerade bei Klassifizierungen von Landnutzungs- oder Vegetationstypen sind die Darstellungen der verschiedenen phänologischen Aspekte mit den daraus resultierenden spektralen Reflexionsunterschieden hilfreich.

MWR

Engl. Akronym für Microwave Radiometer; passiver Mikrowellen-Sensor auf ENVISAT zur Messung des atmosphärischen Wasserdampfgehaltes in den Frequenzen 23.8 GHz und 36.5 GHz.

N

nahes Infrarot (NIR)

Elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen von ca. 0,7 Mikrometern bis ca. 2 Mikrometern und sich damit in Richtung größerer Wellenlänge an das sichtbare Licht anschließt.

In der Fernerkundung dient das nahe Infrarot unter Anderem bei der Analyse von Luft- und Satellitenbildern zur Beurteilung der Vitalität der Vegetation. Im nahen Infrarot besitzt Chlorophyll eine deutlich (ungefähr Faktor 6) höhere Reflektivität als im sichtbaren (insbesondere grünen) Spektrum. Dieser Effekt wird zur Erkennung von Vegetation ausgenutzt. Hierbei wird ein Bild im sichtbaren (vorzugsweise im roten) Spektrum und eines im nahen Infrarot geschossen. Nutzobjekte haben sowohl im sichtbaren als auch im nahen infraroten Bereich eine ungefähr gleiche Reflektivität, während Chlorophyll-haltige Vegetation im nahen Infrarot einen deutlich höheren Reflexionsgrad besitzt. Somit können z. B. auch grüne Nutzobjekte von ebenso grüner Vegetation unterschieden werden.

National Aeronautics and Space Administration (NASA)

1958 gegründete zivile US-Bundesbehörde für Luft- und Raumfahrt mit Sitz in Washington D.C.  Ihr obliegen Planung, Leitung und Durchführung sämtlicher amerikanischer Weltraumprojekte. Seit dem Beginn des Spaceshuttle-Programms arbeitet die NASA immer häufiger im militärischen Bereich.
Die NASA besitzt verschiedene Startplätze für Raumfahrzeuge, so das John F. Kennedy Space Flight Center (Cape Canaveral). Weitere wichtige Forschungseinrichtungen sind das Goddard Space Flight Center in Greenbelt, das die Satelliten und die Nachrichtenübermittlung kontrolliert, das Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien, dem die Entwicklung von Sonden obliegt, sowie das für das Astronautentraining und die Beobachtung bemannter Raumflüge eingerichtete Lyndon B. Johnson Space Center in Houston (Texas).

National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)

1970 gegründete und dem Handelsministerium unterstellte US-amerikanische Bundesbehörde. Sie soll die Sicherheit der Öffentlichkeit gegenüber atmosphärischen Erscheinungen gewährleisten und in der Öffentlichkeit mit Informationen zum Verständnis von Umwelt und Ressourcen beitragen. Zu den Abteilungen der NOAA gehören

  • the National Ocean Service
  • the National Marine Fisheries Service
  • the NOAA Corps
  • the Office of Oceanic and Atmospheric Research
  • the National Sea Grant College Program
  • the National Weather Service (NWS)
  • the National Environmental Satellite, Data, and Information Service (NESDIS)
NDVI

Engl. Akronym für Normalized Difference Vegetation Index; aus Satellitendaten relativ leicht zu berechnende Messgrösse für die Biomasse. Durch die Bildung von Indizes aus zwei oder mehr Kanälen kann die Visualisierung des Biomassegehaltes und des Zustandes der Vegetation stark verbessert werden. Ein solcher Index ist der NDVI (Normalized Difference Vegetation Index).
Die spektrale Signatur (reflektierte Strahlung in eng begrenztern Spektralbereichen) gesunder Vegetation zeigt einen sprunghaften Anstieg des Reflexionsgrades bei 0,7 µm, während unbewachsener Boden je nach Art einen stetigen, geradlinigen Verlauf aufweist. Je aktiver das Chlorophyll der Pflanzen ist, desto größer ist der Anstieg des Reflexionsgrades im nahen Infrarot (0,78 - 1 µm). Neben der Unterscheidung der Vegetation von anderen Objekten läßt sich somit die Stärke (und Vitalität) der Vegetation folgern. Diesen Umstand nutzt man bei der Berechnung des NDVI. Der NDVI ergibt sich allgemein aus:

NDVIallg = nahes IR - Rot / nahes IR + Rot

Im Bereich des Rot wird einfallende Sonnenstrahlung weitgehend durch die im Mesophyll der Blätter enthaltenen Pigmente, vor allem durch das Chlorophyll, absorbiert. Im nahen Infrarot dagegen wird der Großteil der auftreffenden Strahlung vom Blattgewebe reflektiert. Der NDVI bildet ein Maß für die photosynthetische Aktivität und ist stark mit Dichte und Vitalität der Vegetationsdecke korreliert. Großräumige NDVIAVHRR - Karten werden seit 1980 von der NOAA erstellt.

Der Einzug des Frühlings in Europa

NDVIAVHRR-Monatsmittel Februar 1997

NDVIAVHRR-Monatsmittel März 1997

NDVIAVHRR-Monatsmittel April 1997

NDVIAVHRR-Monatsmittel Mai 1997

Aus dem Vergleich der Bilder kann man den Einzug des Frühlings in Europa ablesen: Hohe Werte bedeuten hohe, niedrige Werte niedrige Chlorophyllproduktion.

Quelle: DLR

O

Oceansat-1

Indischer, auch unter der Bezeichnung IRS-P4 (Indian Remote Sensing Satellite) geführter Satellit mit den Sensoren OCM (Ocean Colour Monitor) und MSMR (Multifrequency Scanning Microwave Radiometer). Beide sind zur Beobachtung biologischer und physikalischer Parameter der Ozeane (u.a. Chlorophyllkonzen-tration, Phytoplanktonblüte, Trübstoffe) und der Atmosphäre (u.a. Aerosole) ausgelegt. Die Erfassung systematischer Daten unterstützt insbesondere Küstenfor-schungsprogramme.

OCO

Engl. Akronym für Orbiting Carbon Observatory; die amerikanische Satellitenmission im Rahmen von ESSP liefert Daten über das atmosphärische CO2, dem beutendsten anthropogenen Antriebsfaktor für den Klimawandel. Im Zusammenwirken mit Bodenmessungen erwartet man Aufschlüsse über natürliche und anthropogene CO2-Quellen und -Senken. Hoch aufgelöste globale Karten werden die Kohlendioxid-Konzentrationen darstellen. OCO arbeitet mit 3 Spektrometern. Die Mission ist beim Start wegen eines Raketenfehlers gescheitert. Eine identische Ersatzmission (OCO 2) ist für 2014 vorgesehen.

optoelektronische Scanner

Digitale Zeilenkamera, bei der man die Bildaufnahme mit Hilfe zeilenweise angeordneter Halbleiter-Bildsensoren erzielt. Dies sind hochintegrierte Schaltungen auf Siliziumchips. Sie enthalten für jeden Bildpunkt einen Photosensor sowie das zum Auslesen der Messwerte erforderliche Leitungsnetzwerk. Am wichtigsten sind die Charge Coupled Devices (CCD), die aus Ketten von Kondensatoren bestehen, in welchen durch Belichtung Ladungen erzeugt werden. Diese Ladungen werden zum Ausgang des Chips verschoben und ergeben dadurch eine Bildzeile in Form eines Videosignals.
Zur Bildaufnahme von Flugzeugen und Satelliten aus werden Zeilen von CCD-Sensoren in der Bildebene eines Objektives angeordnet. Damit ist es möglich, alle Pixel einer quer zur Flugrichtung orientierten Bildzeile gleichzeitig zu erfassen. Durch die Eigenbewegung des Sensorträgers wird bei entsprechender Aufnahmefrequenz ein Geländestreifen zeilenweise abgebildet.
Ein besonderer Vorteil dieser Technik ist es, dass der Aufnahmevorgang keine mechanischen Bewegungen erfordert. Außerdem führt die Tatsache, dass eine ganze Zeile simultan aufgenommen wird, zu - im Vergleich mit optisch-mechanischen Scannern - günstigeren geometrischen Eigenschaften der Bilddaten. Zudem erlaubt die Anordnung mehrerer CCD-Zeilen in der Bildebene eines Objektives sowohl die Gewinnung von Stereobilddaten, wie auch von multispektralen Daten.
Die Technologie wird z.B. von SPOT oder IRS verwendet.
Vorteile gegenüber der mechanischen Aufnahmevariante sind vor allem Unabhängigkeit von mechanischen Bewegungen, bessere geometrische Eigenschaften der Bilddaten zufolge direkter Zentralprojektion, variierbare geometrische Auflösung durch entsprechende Objektive und ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnis bei der Signalaufzeichnung durch die Detektorzeilen.

optomechanische Scanner

Syn. Rotationsscanner; Scanner, der mittels eines rotierenden oder oszillierenden Spiegels oder Prismas das Gelände in Abhängikeit von Rotations- oder Oszillationsfrequenz, von Geschwindigkeit der Plattform und von der Flughöhe streifenweise abtastet. Die Abtastzeilen (Scan-Zeilen) liegen mit einer gewissen Zeilenschiefe genähert senkrecht zur Flugrichtung.

Orbit

s. Umlaufbahn

Orthophoto

Maßstabsgetreue verzerrungsfreie photographische Aufnahme.

OSTM

Engl. Akronym für Ocean Surface Topography Mission; eine 2008 gestartete Erdbeobachtungsmission von CNES und NASA auf dem Satelliten Jason-2, die die operationellen Messungen des Meeresspiegels fortsetzt, welche 1992 zunächst mit der Mission Topex/Poseidon begonnen und 2001 mit der Mission Jason-1 weitergeführt wurden.

Ozeanfarbe

Die "Farbe" des Ozeans wird bestimmt durch das Zusammenwirken des einfallenden Lichtes mit im Wasser vorhandenen Substanzen oder Teilchen. Die wichtigsten Bestandteile sind frei treibende, photosynthetische Organismen (Phytoplankton) und anorganische Schwebstoffe. Phytoplankton enthält Chlorophyll, welches Licht im blauen und roten Spektralbereich absorbiert und im grünen Bereich emittiert. Schwebstoffe können Licht reflektieren und absorbieren, was die Klarheit (Lichtdurchlässigkeit) des Wassers reduziert. Gelöste Stoffe können ebenfalls die Wasserfarbe beeinflussen.

Instrumente, welche die Strahlungsintensität bestimmter Wellenbereiche messen (Radiometer) beobachten an Bord von Satelliten die Meeresoberfläche. Die gemessene Strahlung kann dann quantitativ in Bezug gesetzt werden zu verschiedenen Bestandteilen der Wassersäule, die mit dem sichtbaren Licht interagieren, wie eben Chlorophyll. Die Chlorophyllkonzentration kann ihrerseits herangezogen werden, um die Menge Kohlenstoff zu bestimmen, die über die Photosynthese in Pflanzen gebunden wird (Primärproduktion). Der Aufnahmepunkt und die, verglichen mit dem menschlichen Auge, empfindlicheren Sensoren führen zu den fantastischen Darstellungen der Ozeanfarben.

Ozeanfarbe im Bereich des Golfstroms (8. Mai 1981)

NASA's Coastal Zone Color Scanner (CZCS) was flown on the Nimbus-7 satellite, launched in October 1978 and had an operational lifetime of 7 1/2 years.

The Caribbean Sea and the Gulf of Mexico are the source of what is likely the most well-known current in the oceans—the Gulf Stream. The warm waters of the Gulf Stream can be observed using several different types of remote sensors, including sensors of ocean color (CZCS), sea surface temperature, and altimetry. Images of the Gulf Stream taken by the CZCS, one of which is shown here, are both striking and familiar.

CZCS image of the Gulf Stream and northeastern coast of the United States. Several large Gulf Stream warm core rings are visible in this image, as is are the higher productivity areas near the Chesapeake and Delaware Bays. To the northeast, part of the Grand Banks region near Nova Scotia is visible. Despite the high productivity of this region, overfishing caused the total collapse of the Grand Banks cod fishery in the early 1990s.

The Gulf Stream marks the dividing line between warm, low-productivity waters to the south and colder, more productive waters near the North American continental shelf. Just as in the image of Tasmania, the characteristics of the water and the associated biological communities can change dramatically over a very small area. CZCS images clearly show the fluctuating boundary between the nearshore productive waters and the offshore waters with lower concentrations of phytoplankton chlorophyll and associated pigments. The eddies and meanders of the Gulf Stream are also visible.

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Quelle: NASA

 

Weitere Informationen:

P

PARASOL

Engl. Akronym für Polarization and Anisotropy of Reflectances for Atmospheric Science coupled with Observations from a LIDAR; Mikrosatelliten-Mission der CNES zur Bestimmung der mikrophysikalischen und der Strahlungseigenschaften von Wolken und des Aerosols. Diese Informationen sind wichtig, um den Einfluss von Wolken und Aerosol auf den Strahlungshaushalt bestimmen und modellieren zu können. Hauptinstrument ist POLDER.
Der Satellit, dessen nominelle Einsatzzeit auf zwei Jahre angesetzt war, befindet sich seit Dezember 2004 auf einer sonnensynchronen Umlaufbahn in 700 km Höhe. Ein Umlauf dauert 98,8 min. Im November 2011 wurde PARASOL 9,5 km unter den A-Train abgesenkt und beobachtet aber weiterhin Wolken und Aerosole. PARASOL wird den A-Train im Spätjahr 2013 vollständig verlassen.

passives System

Ein System, das im Gegensatz zu einem aktiven System nur für Strahlung empfindlich ist, die 

  • von dem beobachteten Objekt ausgesandt wird (z.B. die von jedem Körper aufgrund seiner Oberflächentemperatur abgegebene Thermalstrahlung) oder die
  • von dem Objekt reflektiert wird, aber nicht das System selbst als Quelle hat (z.B. die an der Erdoberfläche reflektierte Sonnenstrahlung).
photographische Systeme

Dabei wird ein Bild des aufzunehmenden Objekts durch ein Objektiv für meist nur kurze Zeit auf eine lichtempfindliche Schicht projiziert, die dadurch so verändert wird, dass durch den photographischen Prozess ein dauerhaftes Bild entsteht.
Photographische Systeme sind passive Systeme, die die Strahlung im sichtbaren Licht und im nahen Infrarot (von ca. 0,4 bis 1,0 µm) aufnehmen.

photosynthetisch aktive Strahlung

Elektromagnetische Strahlung, die von Pflanzen für die Photosynthese verwendet wird.

Pixel

Bezeichnung für einen einzelnen Bildpunkt, insbesondere in Satellitenbildern. Je höher die Anzahl der Pixel pro Flächeneinheit ist, umso höher ist die Auflösung des Bildes.

Plattform

Statische oder bewegte Trägerkonstruktion, auf der ausschließlich oder unter anderem Sensorsysteme der Fernerkundung installiert sind. Der Typus der Plattform wird dementsprechend auch von den spezifischen Parametern der Sensorsysteme bestimmt. In der Fernerkundung sind von Stehleitern bis Satelliten und Raumstationen verschiedenste Arten von Plattformen gebräuchlich.

POES

Engl. Akronym für Polar-Orbiting Environmental Satellite (polarumlaufender Umweltsatellit); Bezeichnung für die früher unter dem Namen TIROS bekannten Wettersatelliten der NOAA.
Die Satelliten des POES-Satellitensystems umrunden die Erde auf polnahen Orbits 14,1 Mal pro Tag. Gegenwärtig (2002) sind ein Vormittags- und ein Nachmittagssatellit aktiv, was eine viermalige Erfassung der gesamten Erde ermöglicht.
Details zu den eingesetzten Sensoren siehe TIROS.
Daten von den Satelliten der POES-Serie erlauben neben der Wetterbeobachtung und -prognose auch Klimaforschung und -vorhersage, die Messung der weltweiten Meeresoberflächentemperaturen, die Sondierung der Atmosphäre bezüglich Temperatur und Feuchte, die Untersuchung der Meeresdynamik, die Beobachtung vulkanischer Aktivität, Waldbrandentdeckung, globale Vegetationsanalyse, Search- and Rescue-Aktivitäten u.w.

polare Umlaufbahn, polarumlaufend

Umlaufbahn eines Satelliten, die über die Polarregionen hinweg führt, im Falle der meisten polarumlaufenden Wettersatelliten in Höhen von ca. 850 km über der Erde. Die Umlaufdauer beträgt dann ca. 100 Minuten. Während des Fluges von Pol zu Pol dreht sich die Erde unter dem Satelliten hinweg, es werden stets nur Streifen der Erdoberfläche beobachtet. Für die globale Erdbeobachtung müssen die einzelnen Beobachtungsstreifen aneinandergefügt werden. Die Umlaufbahn der Wettersatelliten ist zusätzlich sonnensynchron, d.h. alle Teile der Erde werden unter der gleichen Sonnenbeleuchtung überflogen. Im Gegensatz zu den geostationären Satelliten ist der Vorteil der polarumlaufenden Satelliten, dass mit einem Satelliten alle Teile der Erde beobachtet werden können, wenn auch nicht zeitgleich. Typische polarumlaufende Satelliten sind:

Q

Quicklook-Image

Syn. Browse-Image; eine Art "elektronischer Kontaktabzug" eines Satellitenbildes, mit dessen Hilfe die Eignung des eigentlichen Datensatzes für eine bestimmte Aufgabe beurteilt werden kann. Durch die mehr oder minder stark verringerte räumliche Auflösung des Satellitenbildes (sog. sub-sampling), eine möglicherweise verringerte Farbtiefe und/oder eine zusätzliche verlustbehaftete Kompression (z.B. JPEG)  sind Quicklooks meist kleiner als 50 kByte; sie können auch über relativ langsame Netzwerke oder Telefon-Modems schnell zum Nutzer übertragen werden.

QuikSCAT

Ein Satellit der NASA, der Klimatologen, Meteorologen und Ozeanographen täglich Daten über die Windverhältnisse über den Weltmeeren liefert. Er trägt ein Scatterometer genanntes Radarinstrument, mit dem hochfrequente Mikrowellenimpulse zur Meeresoberfläche ausgesandt und die reflektierten (backscattered) Radarstrahlen vom Satelliten gemessen werden. Das Instrument ertastet die vom Wind verursachten Rippeln auf der Meersoberfläche, woraus die Wissenschaftler die Windrichtung und -stärke berechnen können. Derartige Instrumente vermögen ein Vielfaches an Datenmaterial zusammenzutragen als es mit Bojen und Schiffen möglich wäre. QuikSCAT umrundet die Erde alle 100 Minuten in einer Höhe von 800 km. Er wird als NASAs El Niño-Beobachter bezeichnet.

R

Radarinterferometrie

Bei herkömmlichen, abbildenden Radar-Systemen wird jedem Punkt des abgebildeten Gebietes entsprechend seinem Abstand zum Sensor eine Position in der Bildebene zugeordnet. Das Ergebnis ist ein zweidimensionales Bild des Testgebietes.
Eine Weiterentwicklung stellt die SAR-Interferometrie dar. Hierbei wird ein Testgebiet von zwei oder mehr unterschiedlichen Sensorpositionen aus abgebildet. Da es sich bei Radarsystemen um kohärente Systeme handelt, enthalten die Daten nicht nur Informationen über die Rückstreuintensität sondern auch eine Phaseninformation. Diese Phaseninformation bzw. die Differenzphase zwischen den beiden Aufnahmen kann zur Erstellung von digitalen Höhenmodellen, zur Detektion von Veränderungen im Zentimeterbereich, zur multitemporalen Klassifikation oder zur Detektion beweglicher Streuer verwendet werden.

Radar-System

Aktive Fernerkundungsverfahren, d.h. die verwendete elektromagnetische Strahlung wird vom Aufnahme-System selbst erzeugt. Dabei handelt es sich stets um Mikrowellenstrahlung einer bestimmten Frequenz im Bereich zwischen etwa 1 und 100 cm Wellenlänge. Die Daten-Aufnahme ist deshalb unabhängig von den naturgegebenen Strahlungsverhältnissen und - da die Mikrowellen Wolken, Dunst und Rauch durchdringen - auch unabhängig von der jeweiligen Wetterlage.

Beistehende Abbildung skizziert die Funktionsweise eines einfachen Radar-Systems. Im Flugzeug wird ein kombinierter Sender/Empfänger mitgeführt, dessen Antenne schräg nach unten gerichtet ist. Sie ist so konstruiert, dass sich die in einem Bruchteil einer Sekunde ausgestrahlten Mikrowellen in einen sehr schmalen, aber langen Raumwinkel hinaus senkrecht zur Flugrichtung ausbreiten. Zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht die Front der ausgesandten Wellen ein bestimmtes Flächenelement F des Geländes. Von diesem wird die auftreffende Mikrowellenstrahlung teilweise reflektiert; ein mehr oder weniger großer Anteil der reflektierten Strahlung kehrt zurück zur Antenne und wird dort als Signal empfangen und registriert. Da die von den Mikrowellen bestrahlte Fläche über das Gelände hinwegwandert, können die Reflexionssignale von einem schmalen Geländestreifen nacheinander erfasst und als Bildzeile aufgezeichnet werden. Durch die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs entsteht dann - wenn die Folge von Senden und Empfangen systematisch wiederholt wird eine vollständige zeilenweise Bildaufzeichnung eines neben dem Flugzeug verlaufenden Geländestreifens. Ein nach diesem Prinzip arbeitendes System wird Seitensicht-Radar (engl. Sidelooking Airborne Radar oder SLAR) genannt.

Schematische Darstellung der Radar-Aufnahme

Die durch Aussendung einer einzelnen Wellenfront und den Empfang der reflektierten Signalfolge entstehende Bildzeile ist als Grauwertprofil dargestellt.

Quelle: Albertz 2001

Solche Systeme (auch als Systeme mit Realer Apertur genannt) sind nur für geringe Flughöhen geeignet, bei denen die Entfernung zwischen Antenne und Gelände nicht zu groß ist.

Um in Flugrichtung eine höhere Auflösung zu erreichen und insbesondere die Aufnahme von Radarbildern auch von Satelliten aus möglich zu machen, müssen Radar-Systeme mit Synthetischer Apertur (engl. Synthetic Aperture oder SAR) eingesetzt werden. Dabei wird nur eine kurze Antenne verwendet, welche die Mikrowellenimpulse in einer breiten Keule mit dem Öffnungswinkel γ abstrahlt. Während des Fluges werden die einzelnen Geländepunkte aber wiederholt bestrahlt . Dementsprechend tragen sie mehrfach zu den empfangenen Reflexionssignalen bei, welche dadurch in komplexer Weise miteinander korreliert werden. Bei der Verarbeitung können die Daten jedoch so behandelt werden, als würden sie von einzelnen Elementen eines sehr langen Antennenarmes stammen. Dadurch lassen sich Bilddaten mit hoher geometrischer Auflösung ableiten. Je weiter die Geländepunkte von der Antenne entfernt sind, desto häufiger werden sie abgebildet und desto länger ist die scheinbare (synthetische) Antenne. Dies führt dazu, dass die Auflösung Δx in der Flugrichtung entfernungsunabhängig wird.

Zur Wirkungsweise von Radar-Systemen mit synthetischer Apertur

Die nahe gelegenen Geländepunkte werden nur wenige Male während der kurzen Flugstrecke, die entfernt gelegenen während einer längeren Flugstrecke häufiger erfasst (hier: a=2mal, b=4mal, c=6mal).

Quelle: Albertz 2001

Die Art und Weise, wie die Erdoberfläche in Radar-Bildern wiedergegeben wird, hängt vom Zusammenwirken vieler Einzelfaktoren ab. Dabei handelt es sich um

  • Parameter des Aufnahmesystems, wie die Wellenlänge der Strahlung, ihre Polarisation und den Depressionswinkel, sowie um
  • Parameter der Geländeoberfläche, insbesondere die Oberflächenrauhigkeit, die Oberflächenform und die elektrischen Eigenschaften der Materialien.

Die Wellenlänge bzw. Frequenz der verwendeten Mikrowellenstrahlung wird durch die technischen Einzelheiten des Systems definiert. Üblich, aber ohne einheitliche Festlegung ist die Kennzeichnung einzelner Wellenbereiche durch Buchstaben. Die in der FE am häufigsten verwendeten Frequenzbereiche sind:

Häufige Frequenzbereiche in der Fernerkundung
Ka-Band λ ≈ 0,7 - 1 cm f ≈ 30 - 40 GHz
X-Band λ ≈ 2,4 - 4,5 cm f ≈ 7 - 12 GHz
C-Band λ ≈ 4,5 - 7,5 cm f ≈ 4 - 7 GHz
L-Band λ ≈ 15 - 30 cm f ≈ 1 - 2 GHz
P-Band λ ≈ 60 - 300 cm f ≈ 0,2 - 0,5 GHz

Die Unterschiede sind deshalb wichtig, weil die Wechselwirkung zwischen der Strahlung und den Materialien an der Erdoberfläche in den einzelnen Wellenlängenbereichen sehr unterschiedlich ist.

Von Polarisation spricht man, wenn elektromagnetische Wellen nur in einer ausgezeichneten Richtung schwingen. Die von der Antenne abgestrahlten Mikrowellen können horizontal (H) oder vertikal (V) polarisiert sein. Beim Empfang kann das System wiederum auf horizontale oder vertikale Polarisation eingestellt sein. Dadurch sind vier Kombinationen der Polarisation ausgesandter und empfangener Mikrowellen möglich, nämlich HH, VV, HV und VH. 

Aufnahme-Parameter in der Radartechnik Aufnahme-Parameter in der Radartechnik

Von zwei parallelen Flugbahnen aus kann ein Geländestreifen in stereoskopischer Überdeckung aufgenommen werden. Ein Punkt des Geländes erscheint dann in den Bildern unter verschiedenen Depressionswinkeln.

Quelle: Albertz 2001

Als Depressionswinkel bezeichnet man in der Radartechnik den Winkel zwischen der Horizontebene des Aufnahmesystems und dem Strahl zum beobachteten Objekt. Der auch Einfallswinkel (incidence angle) genannte Winkel wirkt sich unmittelbar auf die Auflösung des Systems quer zur Flugrichtung aus und bestimmt die Bestrahlungsstärke der Geländeoberfläche. Außerdem steht er in engem Zusammenhang mit der Geometrie der Abbildung und der Möglichkeit, Stereobildstreifen aufzunehmen.
Die Oberflächenrauhigkeit hat großen Einfluss auf die Reflexionscharakteristik einer Fläche. Ist sie im Vergleich zur Wellenlänge der Strahlung gering, dann werden die Mikrowellen gespiegelt; zum System kehrt dann praktisch kein Signal zurück, so dass solche Flächen im Radarbild dunkel erscheinen.

Reflexion von Mikrowellen an Oberflächen verschiedener Rauhigkeit Reflexion von Mikrowellen an Oberflächen verschiedener Rauhigkeit

Links: Spiegelnde Reflexion an einer im Verhältnis zur Wellenlänge glatten Fläche (z.B. Sand)
Rechts: Diffuse Reflexion an einer rauhen Fläche (z.B. Felsbrocken).

Quelle: Albertz 2001

Liegt die Rauhigkeit dagegen in der Größenordnung der Wellenlänge, so wirkt die Fläche als diffuser Reflektor. Mischformen der Reflexion sind häufig.
Die jeweilige Oberflächenform führt dazu, dass manche Flächen der schräg einfallenden Mikrowellenstrahlung zugewandt sind und deshalb stärker bestrahlt werden, während die abgewandten Flächen nur geringe Bestrahlung erfahren. Im Bild erscheint deshalb die Geländefläche je nach ihrer Exposition in bezug auf das Radar-System heller oder dunkler. Wenn eine systemabgewandte Fläche steiler geneigt ist als der Depressionswinkel, dann erhält sie überhaupt keine Bestrahlung. Das Radarbild zeigt dann völlig informationslose tiefe Schlagschatten, sog. Radarschatten.

Als Besonderheit der Radar-Aufnahme treten Rückstrahl-Effekte auf, und zwar wenn benachbarte horizontale und vertikale Flächen zum Sensor hin orientiert sind und spiegelnd reflektieren.

Rückstrahl-Effekt bei der Aufnahme von Radarbildern Rückstrahl-Effekt bei der Aufnahme von Radarbildern

Durch zweimalige Spiegelung wird die Mikrowellenstrahlung genau in Richtung auf den Sensor reflektiert. Im Bild entsteht ein heller, überstrahlter Fleck.

Quelle: Albertz 2001

Von großem Einfluss auf die Ausbreitung der Mikrowellen und damit auf das Reflexionsvermögen sind die elektrischen Eigenschaften der Materialien an der Erdoberfläche. Besonders starke Reflexion tritt an metallischen Strukturen (z.B. Zäune, Masten von Hochspannungsleitungen u.ä.) auf. Andere Materialien mit hoher Dielektrizitätskonstante (z.B. feuchte Böden) reflektieren stark, und die Strahlung dringt nur wenig in das Material ein. Mit abnehmender Dielektrizitätskonstante (z.B. mit abnehmender Bodenfeuchte) wird auch das Reflexionsvermögen geringer, die Eindringtiefe nimmt jedoch zu. Das zu beobachtende Reflexionssignal hängt demnach von einer mehr oder weniger dicken Oberflächenschicht ab und mag deshalb auch Informationen zu vermitteln, die z.B. mit optischen Sensoren nicht erfassbar sind.

Die Wechselwirkung zwischen der Mikrowellenstrahlung und den Materialien an der Erdoberfläche ist kompliziert, die Interpretation von mit Radar-Systemen gewonnenen Bildwiedergaben entsprechend schwierig.

Für den Satelliteneinsatz kam von Beginn an nur das SAR-Verfahren in Frage. Experimentellen Charakter hatte noch sein Einsatz im Satelliten SEASAT-1 (1978) und ab 1981 in mehreren Space-Shuttle-Flügen mit dem Shuttle Imaging Radar (SIR). Kontinuität setzte mit den europäischen FE-Satelliten ERS (1991/5), ENVISAT (2002) und dem kanadischen RADARSAT ein. Die ERS sind mit den SAR-Systemen AMI ausgestattet, ENVISAT mit der Weiterentwicklung ASAR und RADARSAT trägt ein SAR-System, das in verschiedener Weise betrieben werden kann. Der Einsatz des INSAR während der Shuttle Radar Topography Mission erlaubte die Erstellung eines weltweiten digitalen Geländemodells.

Radiometer

Ein passives Instrument, das elektromagnetische Strahlung mengenmäßig erfasst, gewöhnlich im Mikrowellen-, Infrarot- und Nah-Infrarot-Bereich. Wettersatelliten tragen Radiometer um die Strahlung von Schnee, Eis, Wolken, Wasserkörpern, der Erdoberfläche und der Sonne zu messen. Damit wird der Flüssigwasser- und Wasserdampfgehalt der Atmosphäre ermittelt. Auch werden die Messungen dazu verwendet, Altimeterdaten zu korrigieren, beispielsweise durch die Messung der reflektierten Strahlung von der Meeresoberfläche.

radiometrische Auflösung

Maß für die kleinste mit einem Fernerkundungssystem noch unterscheidbare elektromagnetische Strahlung. Sie ist abhängig vom Detektorsystem und beträgt. Zwischen 64 Klassen (6) und 2.048 Klassen (11 Bit) bei den neueren Systemen (z.B. IKONOS).

Radiosonde

Ein Ballon-getragenes Instrument, das meteorologische Parameter von der Erdoberfläche bis in eine Höhe von ca. 30 km misst. Es werden Temperatur, Druck und Feuchte gemessen und zur Erde gesendet. Radiosondenaufstiege werden i.a. zweimal täglich weltweit durchgeführt (0000 und 1200 UTC). Nach dem Platzen der Ballons schweben die Geräte an einem Fallschirm zur Erde zurück. Etwa 25 % der Instrumente werden gefunden und erneut eingesetzt.

Referenzellipsoid

Willkürliche Bezugsoberfläche, die eine grobe Annäherung an die Gestalt der Erde darstellt. Vereinfacht ist die Erde eine an den Polen abgeplattete Kugel. Die Länge einer der Achsen am Äquator wird so gewählt, das der Ellipsoid auf dieser Breite mit dem mittleren Meeresspiegl zusammenfällt. Beispielsweise hat der für die TOPEX/POSEIDON-Mission gewählte Ellipsoid einen Radius von 6378,1363 km und eine Abplattung von 1/298,257.

Reflexion

Die Rückkehr von Licht- oder Schallwellen von einer Oberfläche. Wenn eine reflektierende Oberfläche eben ist, ist der Ausfallswinkel gleich dem Einfallswinkel.
Die Aufzeichnung objektrelevanter Reflexionswerte durch photographische oder digitale Sensorsysteme ist Grundlage der Informationsgewinnung, der visuellen Bildinterpretation und der digitalen Bildklassifikation in der Fernerkundung. Von Sensoren gemessene Strahlungsintensitäten sind somit von Wellenlänge und Richtung (Sonnenstand und Beobachtungsrichtung, spektrale und angulare Signatur), von der Lage des Objektes (räumliche Signatur), vom Zeitpunkt der Beobachtung (zeitliche Signatur) und - im Mikrowellenbereich - vom Polarisationsgrad (Polarisationssignatur) abhängig.

Röntgenstrahlen

Kurze elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen von 0,00001 bis 3.000 Ångström.

S

SAR

Engl. Akronym für Synthetic Aperture Radar; abbildendes Radar-System mit Blick seitlich zur Flugrichtung. Dabei wird unter Ausnutzung der Satellitenbewegung die effektive Antennengrösse (Apertur) synthetisch vergrössert, wodurch sich eine räumliche Auflösung ähnlich wie bei optischen Instrumenten erreichen lässt. Das System sendet Mikrowellen zur Erdoberfläche und misst die reflektierten Strahlen. Sein Vorteil gegenüber visuellen Systemen ist seine Einsetzbarkeit auch bei Dunkelheit und Wolkenbedeckung.
SAR-Sensoren werden je nach verwendeter Wellenlänge benannt. So ist AMI auf dem ERS-1-Satelliten ein C-Band-SAR, SIR-C/X-SAR ein multifrequentes SAR in den Bereichen des L-, C- und X-Bandes. Im Gegensatz zu optischen Sensoren ist die räumliche Auflösung von SAR Sensoren im Prinzip nicht von der Flughöhe abhängig.

SAR-Altimetrie

Mittels SAR-Satellitenaltimetrie kann das Relief der Meeresoberfläche ausgemessen werden, wie es durch lokale Schwereanomalien bedingt und somit zum Relief des Meeresbodens korrelierbar ist. Neu gewonnene Erkenntnisse über das Relief des Ozeanbodens sind u.a. für die Zirkulation des Tiefenwassers von Bedeutung.

Satellit

Künstlicher Himmelskörper in der Erdumlaufbahn. Grössere Satelliten werden auch oft als "Plattformen" bezeichnet. Satelliten, die beispielsweise vom Space Shuttle ausgesetzt und eventuell später wieder eingefangen werden, haben oft die Bezeichnung "Freiflieger".
Satelliten bestehen im allgemeinen aus einem sog. Satellitenbus und einer darauf montierten Nutzlast. Der Satellitenbus ist die eigentliche mechanische Trägerstruktur und enthält alle von der Nutzlast gemeinsam genutzten Untersysteme wie Stromversorgung (Sonnenpanelen, Batterien, eine sog. "Power Distribution Unit" PDU, etc.), Recorder zur Aufzeichnung der Daten, Kommunikationseinrichtungen (um mit Bodenstationen in Kontakt treten zu können), Einrichtungen um den Wärmehaushalt des Satelliten zu regeln, Lageregelungssystem (AOCS, "attitude and orbit control system") und die Instrumente zur Positionsbestimmung.
Die Nutzlast besteht bei Fernerkundungssatelliten oft aus mehreren Sensorsystemen, die für unterschiedliche Beobachtungsobjekte konstruiert wurden. Dafür werden auch verschiedenartige Detektor-Technologien verwendet. Auf dem Satelliten ERS-2 befinden sich z.B. ein aktives abbildendes Radar zur Kartierung der Erdoberfläche und der Ozeane, ein Altimeter zur Bestimmung der Geländehöhe, ein passives Mikrowellengerät zur Temperaturmessung und ein Ozonsensor.

Satelliten-Altimetrie

Satellitengestütztes Radarverfahren zur Erkundung der Meeresoberfläche. Dabei werden in Nadirrichtung mit einer Trägerfrequenz im Ku-Band (13,5-13,8 GHz) und mit Wiederholraten von mindestens 1 KHz frequenzmodulierte Impulse von wenigen Nanosekunden Dauer ausgestrahlt. Der Radarimpuls wird bis auf eine von Wind und Seegang abhängige Streuung reflektiert und nach wenigen Millisekunden Laufzeit wieder empfangen. Das Impulsecho wird quantifiziert und einer theoretischen Impulsantwort angepasst, wobei drei Parameter ermittelt werden:

  1. Die Laufzeit des Impulses,
  2. die Neigung der ansteigenden Flanke des Impulsechos und
  3. die Energie des Impulsechos.

Aus der halben Laufzeit wird die Höhe über dem Meeresspiegel berechnet. Die Neigung der ansteigenden Flanke ist korreliert mit der signifikanten Wellenhöhe und die Energiebilanz des Impulsechos ist proportional zum Rückstreukoeffizienten der Meeresoberfläche, der empirische Rückschlüsse auf den Betrag (nicht die Richtung) der Windgeschwindigkeit zulässt. Signifikante Wellenhöhe und Windgeschwindigkeit werden direkt für Schiffsroutenberatung und von Wetterdiensten genutzt.
Die Höhenmessung durch Radaraltimetrie bedarf zahlreicher Korrekturen, um Messungen zu verschiedenen Zeiten und unter unterschiedlichen Messbedingungen miteinander vergleichen zu können.

Weitere Informationen: Society benefits from ocean altimetry data

Satellitenbild

Bild der Erdoberfläche, die von bemannten oder unbemannten Satelliten aus gewonnen werden. Dabei wird kein Unterschied gemacht, ob es sich um photographische Aufnahmen handelt oder um die Ergebnisse von anderen Aufnahmetechniken der Fernerkundung, soweit diese zu einer bildhaften Darstellung der Erdoberfläche führen.

Satellitenfernerkundung

Fernerkundung der Erdoberfläche oder der Erdatmosphäre mit Hilfe von Sensoren, die sich an Bord von Raumfahrzeugen, d.h. Satelliten, Space Shuttle oder Raumstationen befinden, d.h. typischerweise aus ca. 200 km bis 36.000 km Entfernung. Die Daten und Bilder werden dann meist durch Telemetrie mittels Funkübertragung an eine Bodenstation gesendet.
Die Vorteile von Satellitenfernerkundung liegen in der Aktualität der Daten (oft innerhalb von Stunden verfügbar), Satelliten erfassen flächendeckend große Gebiete bzw. die gesamte Erde, und die Daten liegen mit hohen Wiederholraten vor, was Vergleiche und Zeitreihenanalyse erlaubt. Zudem wird die Erde in vielen Spektralbereichen (sichtbares Licht, Infrarot, Mikrowellen) beobachtet.
Die ersten Wettersatelliten wurden 1968 von der NASA in den Orbit gebracht. Seitdem ist eine Vielzahl unterschiedlichster Satelliten und Sensorsysteme im Einsatz.

Satelliten-Fernerkundungssystem

 

1. Energy Source or Illumination (A) - the first requirement for remote sensing is to have an energy source which illuminates or provides electromagnetic energy to the target of interest.

2. Radiation and the Atmosphere (B) - as the energy travels from its source to the target, it will come in contact with and interact with the atmosphere it passes through. This interaction may take place a second time as the energy travels from the target to the sensor.

3. Interaction with the Target (C) - once the energy makes its way to the target through the atmosphere, it interacts with the target depending on the properties of both the target and the radiation.

4. Recording of Energy by the Sensor (D) - after the energy has been scattered by, or emitted from the target, we require a sensor (remote - not in contact with the target) to collect and record the electromagnetic radiation.

5. Transmission, Reception, and Processing (E) - the energy recorded by the sensor has to be transmitted, often in electronic form, to a receiving and processing station where the data are processed into an image (hardcopy and/or digital).

6. Interpretation and Analysis (F) - the processed image is interpreted, visually and/or digitally or electronically, to extract information about the target which was illuminated.

7. Application (G) - the final element of the remote sensing process is achieved when we apply the information we have been able to extract from the imagery about the target in order to better understand it, reveal some new information, or assist in solving a particular problem.

These seven elements comprise the remote sensing process from beginning to end.

Quelle: Natural Resources Canada

Satellitengeodäsie

Eine zu den geodätischen Raumverfahren gehörende, relativ neue und bedeutende Methode der Geodäsie, die als Erkenntnismittel künstliche Erdsatelliten benutzt. Sie entstand nach 1957, nach dem Start erster Satelliten und kann sowohl zur Vermessung der Erdoberfläche als auch zur Bestimmung von Parametern des Erdschwerefeldes eingesetzt werden. Bei den rein geometrischen Methoden der Satellitengeodäsie dient der Satellit als hochgelegener Ziel- bzw. Messpunkt in einer räumlichen geometrischen Konfiguration, und die Messungen von oder zu den Erdstationen müssen gleichzeitig erfolgen. Bei den halbdynamischen Methoden wird fehlende Gleichzeitigkeit durch ein Modell der Satellitenbahn überbrückt. Bei den dynamischen Methoden der Satellitengeodäsie wird die Satellitenbahn durch ein mathematisch-physikalisches Modell unter Berücksichtigung möglichst sämtlicher auf den Satelliten einwirkenden Kräfte als Raum-Zeit-Funktion beschrieben und dient als oberhalb der Erdoberfläche liegendes Bezugssystem. Mittels verschiedener Messanordnungen kann es der Koordinatenbestimmung (Ortsbestimmung) auf der Erdoberfläche oder beispielsweise auch der Messung von Höhenunterschieden zwischen der Satellitenbahn und der Meeresoberfläche dienen (Satellitenaltimetrie). Da die Satelliten wie Sensoren im Erdschwerefeld wirken, wiederspiegeln ihre Bahnen dessen Parameter, so auch die Lage des Massenmittelpunktes der Erde. Die modernsten und leistungsfähigsten Ortungssysteme für Zwecke der Geodäsie und Navigation sind die aus Satellitenflotten bestehenden Systeme Global Positioning System und GLONASS.

Scanner

Abtast-System zur Aufnahme von Bilddaten. Zusammen mit photographischen Systemen und Radar-Systemen stellen Scanner die wichtigsten Verfahren dar.
Im Gegensatz zur Photographie, mit der gleichzeitig ein Gesamtbild einer größeren Geländefläche gewonnen wird, beobachtet man mit einem Scanner oder Abtaster zeilenweise oder bildelementweise nur die von kleinen Flächenelementen des Geländes ausgehende elektromagnetische Strahlung. Um ein größeres Gebiet bildhaft aufzunehmen, müssen viele derartige Einzelbeobachtungen zusammengefügt werden. Dabei wird die Eigenbewegung des Sensorträgers (Flugzeug, Satellit) genutzt und mit einem Abtastvorgang kombiniert.
Man unterscheidet einerseits zwischen optisch-mechanischen (z.B. die Sensoren der LANDSAT) und optoelektronischen Scannern, andererseits zwischen den nur in einem Spektralbereich aufnehmenden einkanaligen und den mehrkanaligen oder Multispektral-Scannern.

scattering

Engl. "Streuung"; der Prozess, bei dem elektromagnetische Strahlung mit den Molekülen der Atmosphäre, des Ozeans oder der Landoberfläche interagiert und von ihnen umgelenkt wird. Der Begriff wird häufig für die Interaktion derAtmosphäre mit dem Sonnenlicht verwendet, welches die Atmosphäre blau erscheinen lässt. Die Ursache liegt darin, dass Licht am blauen Ende des Spektrums viel stärker gestreut wird als Licht nahe dem roten Ende.

Scatterometer

Ein nicht abbildendes Radarinstrument, zur quantitativen Erfassung des Rückstreukoeffizienten der Geländeoberfläche in Funktion des Inzidenzwinkels. Das Scatterometer sendet elektromagnetische Energie im Mikrowellenbereich (0,3 GHz : 300 GHz) aus und misst das Ausmaß der von den Objekten der Erdoberfläche in Richtung der Plattform rückgestreuten Energie in Funktion der technischen Parameter des Scatterometer, der Distanz zwischen der Plattform und den Objekten (Erdoberfläche) und den Eigenschaften der Objekte.
Es ermittelt beispielsweise die Windgeschwindigkeit und -richtung über den Meeren, indem es die Rückstreuung misst, die von den kleinen windverursachten Rippeln auf der Wasseroberfläche ausgeht.

Schwadbreite

Breite des Aufnahmestreifens (Schwad) eines Sensors in der Fernerkundung gemessen auf der Erdoberfläche in Kilometern senkrecht zur Flugbahn.

Sea Surface Temperature (SST)

Engl. für Meeresoberflächentemperatur; mit FE-Methoden wird die SST aus 2-Kanal-Messungen im THIR (10 und 12 Mikrometer bei Tag, sowie 3,7 und 10 Mikrometer bei Nacht) oder im Mikrowellenbereich berechnet.

Das Wasser absorbiert die von der Sonne eingestrahlte Energie und gibt sie wieder als Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich von 1.000-1.200 Nanometer ab. Satelliten wie METEOSAT oder NOAA-AVHRR haben Sensoren an Bord, die für diese Wellenlängen empfindlich sind. Durch Eichverfahren kann die registrierte Strahlungsdichte in Grad Celsius umgerechnet werden. Die Werte der SST beziehen sich auf die obersten 2-3 cm der Wasseroberfläche, die relative Genauigkeit ist besser als 1 Grad.
Die Meerestemperatur bestimmt das Vorhandensein von Plankton (kaltes Wasser bindet mehr Sauerstoff und bietet bessere Voraussetzung für Plankton), das als Nahrung für Fische dient. Algenwachstum wird dagegen durch warmes Wasser begünstigt. Meeresströmungen transportieren kaltes bzw. warmes Wasser (Golfstrom) und beeinflussen wesentlich das globale Klima.

Über die SST ist auch das ENSO-Phänomen (El Niño-Southern Oscillation) aus dem Weltraum beobachtbar: ENSO äußert sich in einer Umkehr der normalerweise von der Westküste Südamerikas nach Westen gerichteten Meereströmung, so daß stark erwärmtes Oberflächenwasser vom Pazifik an die amerikanischen Küsten getrieben wird und dort das kalte sauerstoffreiche Wasser des Humboldstroms verdrängt. Starke Niederschläge sind die Folge. El Niño-Southern Oscillation ist besonders gut in Karten der Temperaturabweichung vom Normalzustand deutlich. Aufgrund des Wärmeausdehnungseffekt sind diese lokalen Temperaturschwankungen auch sehr gut in Karten der Höhenauslenkung der Meeresoberfläche erkennbar. Zur Verdeutlichung der Effekte werden meist Differenzkarten zum mittleren Zustand dargestellt. Neben der Oberflächentemperatur ist auch die Meeresoberflächenauslenkung vom Satelliten aus messbar.

SeaWiFS

SeaWiFS ist ein Sensor zur Ermittlung der Ozeanfarbe und damit zur Untersuchung der Primärproduktion im Meer sowie den Interaktionen zwischen ozeanischen Ökosystemen und Atmosphäre.

SeaWinds

Instrument auf den Satelliten QuikSCAT und ADEOS-II zur Messung der oberflächennahen Winde über den eisfreien Ozeanen hinsichtlich Stärke und Richtung. Seine räumliche Auflösung beträgt 25 km.

SeaWinds ist ein Scatterometer genanntes Radarinstrument, mit dem hochfrequente Mikrowellenimpulse (13,4 Gigahertz) zur Meeresoberfläche ausgesandt und die reflektierten (backscattered) Radarstrahlen vom Satelliten gemessen werden. Das Instrument ertastet die vom Wind verursachten Rippeln auf der Meersoberfläche, woraus die Wissenschaftler die Windrichtung und -stärke berechnen können. SeaWinds benutzt eine rotierende Schüsselantenne, deren Strahlenbündel auf dem Boden eine Kreisbewegung vollziehen. Dabei bestreifen sie eine 1.800 km breite Bodenspur. Derartige Instrumente vermögen ein Vielfaches an Datenmaterial zusammenzutragen als es mit Bojen und Schiffen möglich wäre, und sie liefern die Daten kontinuierlich, genau, mit hoher Auflösung und wetterunabhängig. Täglich fallen ca. 400.000 Messungen von 90 % der Erdoberfläche an.

Sensor

Im allgemeinen technischen Sprachgebrauch bezeichnet der Begriff jede Art von Funktions- oder Bauelement das eine physikalische Grösse wie Druck, Temperatur, Lichtintensität oder Beschleunigung in elektrische Signale umwandelt. Häufig wird deshalb auch von "Messgrössenaufnehmer" gesprochen.
Im Sprachgebrauch der Fernerkundung ist der Begriff "Sensor" wesentlich schärfer definiert und bezeichnet ein Nutzlastelement auf einem Satelliten, einem Flugzeug, einem Ballon oder einer anderen Fernerkundungsplattform zur Ausführung einer bestimmten Fernerkundungsaufgabe. So ist AVHRR beispielsweise einer der Sensoren auf den Satelliten der NOAA-TIROS-Serie.

Da Fernerkundungssensoren, im Gegensatz zu den In-Situ-Messverfahren, keinen direkten Kontakt zum zu erkundenden Objekt (z.B. Erdoberfläche, Atmosphäre, Wolken etc.) haben, werden räumliche Verteilung (Textur) und/oder Eigenschaften wie Intensität, spektrale Eigenschaften oder Polarisation der Strahlung gemessen. Grundsätzlich wird zwischen "aktiven" und "passiven" Sensoren unterschieden.
Aktive Sensoren wie beispielsweise SAR, Radar-Altimeter oder LIDAR senden selbst Strahlung zum Objekt und messen den zum Sensor zurückreflektierten Anteil. Passive Sensoren beobachten entweder die vom Objekt selbst emittierte Strahlung (meist in den Spektralbereichen des Infraroten oder der Mikrowellen) oder vom Objekt reflektiertes Sonnenlicht. Es gibt viele Begriffe, die spezielle Klassen von Sensoren bezeichnen, z.B. abbildende Spektrometer, Sounder, etc.

Photographische Aufklärungssensoren sind in ihrer einfachsten Form Kamerasysteme mit großen Brennweiten. Je größer das Objektiv ist, umso kleinere Objekte können aufgespürt werden. Derartige Systeme beinhalten heute eine Vielfalt komplizierter Elektronik, um bessere Aufnahmen zu gewährleisten. Aber auch solche Systeme benötigen wolkenlose Sicht, gute Lichtverhältnisse und einen starken Farbkontrast zwischen dem Zielobjekt und seiner Umgebung. In der Regel werden heute die Aufnahmen digitalisiert, zu einer Bodenstation geschickt und dort aus dem elektronischen Code rekonstruiert.

Sensor- bzw. satellitenspezifische Suchmöglichkeit nach Satellitenbildern über eine Liste der Sensoren bzw. Satelliten: http://visibleearth.nasa.gov/

Shuttle Radar Topography Mission (SRTM)

Eine Space Shuttle-Mission der NASA, die ein C-Band- und ein X-Band-Interferometrie-SAR einsetzte, um topographische Daten von über 80% der irdischen Landmasse (zwischen 60°N und 56°S) zu erfassen. Die Datenaufnahme erfolgte vom 11.-22.2.2000.

Weitere Informationen: http://www.dlr.de/srtm/

Hardanger-Fjord, Norwegen Hardanger-Fjord, Norwegen
sichtbares Licht

Der Teil des elektromagnetischen Spektrums, für den das menschliche Auge empfindlich ist, d.h. ca. 0,4 bis 0,7 Mikrometer.

sonnensynchrone Umlaufbahn

Polnahe, kreisförmige Umlaufbahn von Satelliten, die den Äquator stets zur selben Ortszeit (z.B. 9h30) überqueren, so dass im Rahmen des Möglichen gleichbleibende Aufnahmebedingungen gegeben sind. Die Umlaufbahn des Satelliten muss sich während eines Jahres einmal um die Erde drehen.

SMOS

Engl. Akronym für Soil Moisture and Ocean Salinity Mission; die zweite Earth Explorer Opportunity-Mission der ESA mit erfolgtem Start am 2. November 2009 vom russischen Raumfahrtbahnhof Plessezk aus. Der Satellit soll globale Beobachtungswerte liefern zu zwei für die Modellierung von Wetter, Klima und Meereszirkulation entscheidenden Variablen: Bodenfeuchte und ozeanischer Salzgehalt. Daneben beobachet er den Wassergehalt der Vegetation, die Schneebedeckung und die Eisstruktur.
SMOS arbeitet zur Messung des oberflächennahen Salzgehalts der Meere als erste Mission mit einem interferometrischen L-Band-Radiometer (MIRAS). Der Satellit umläuft die Erde auf einer sonnensynchronen Bahn (Inklination 98,45°) in 756 km Höhe. Neben SMOS kann die NASA-Mission Aquarius (Start 2011) den globalen Salzgehalt der Meere. Der mit einer Bahnneigung von 98,4 Grad operierende ESA-Späher wird alle drei Tage jeden Punkt der Erdoberfläche überfliegen. Als Missionsdauer sind zunächst drei Jahre vorgesehen, wobei optional eine zweijährige Verlängerung möglich ist.
Das für die Klimamodellierung wichtige Wechselspiel zwischen Niederschlag und Verdunstung wird bisher nur grob erfasst. Insbesondere der Feuchteumsatz über den Ozeanen ist nur unzureichend bekannt. Dort verdunsten große Mengen an Wasser und fallen auch über den Meeren wieder als Niederschlag, ohne die Kontinente zu erreichen. SMOS kann zwar Niederschläge nicht direkt messen, aber den Salzgehalt des Oberflächenwassers. Wenn Süßwasser in den Ozean gelangt, etwa durch Niederschlag, Flüsse oder schmelzendes Eis, sinkt der Salzgehalt. So können die SMOS-Daten zusätzliche Orientierungspunkte für die Wetter- und Klimamodelle liefern.
Die Messmethode des Satelliten basiert auf dem Prinzip, dass jedes Objekt aufgrund seiner Temperatur und elektrischen Eigenschaften eine bestimmte elektromagnetische Strahlung (Emissivität) besitzt. Beim Ozean zum Beispiel hängt dieser Wert aber auch vom Salzgehalt ab. Besonders deutlich ist dieser Einfluss bei Mikrowellen erkennbar. SMOS registriert deshalb die Mikrowellenstrahlung zwischen 1400 und 1427 Megahertz, die von der Erde ins All geworfen wird.

Sounder

Der Begriff Sounder ist nicht scharf definiert, wird aber im allgemeinen für passive Fernerkundungssensoren verwendet, die Höhen-Profillinien von Druck, Temperatur oder Spurengaskonzentrationen in der Atmosphäre erfassen. Viele Sounder arbeiten nach dem Prinzip der "Horizontsondierung" (Limb-Sounder) oder der Okkultation; Profilinformation kann aber auch aus geschickten Auswertungen der Druck- oder Temperaturabhängigkeiten der atmosphärischen Spektren gewonnen werden.
Typische horizont-sondierende Sounder zur Bestimmung von Spurengasprofilen für atmosphärenchemische Untersuchungen sind beispielsweise AMAS, MAS oder MIPAS. HIRS oder MHS sind Beispiele für Sounder, die eher für meteorologische Fragestellungen optimiert sind.

Spektralband

Begriff, der die Lage von Strahlung im elektromagnetischen Spektrum und die Bandbreite der Aufnahmekanäle der Multispektralsensoren angibt. Je schmaler die Bandbreite und je höher die Anzahl der Bänder ist, desto besser ist die spektrale Auflösung eines Sensors. Ein Farbfilm kann als Aufnahmesystem mit 3 Bändern (rot, grün, blau; RGB) bezeichnet werden, wohingegen die größte Anzahl von Spektralbändern bei Hyperspektralscanner-Daten anzutreffen ist, bei denen die Spektralbänder nur wenige nm betragen.
Die Lage der Spektralbänder im Spektrum ist abhängig von den technischen Parametern des Sensors, der atmosphärischen Streuung und Absorption sowie von den vorgesehenen Hauptanwendungsgebieten für diese Fernerkundungsdaten. Multispektralscanner mit nur wenigen Spektralbändern werden häufig für großräumige Untersuchungen verwendet (NOAA AVHRR). Je kleinräumig differenzierter ein Gebiet ist, desto ähnlicher sind häufig die spektralen Signaturen und desto vorteilhafter sind schmalbandige Sensoren.

Spektralbereiche

Elektromagnetische Strahlung wird vor allem durch ihre Wellenlänge gekennzeichnet. Die Wellenlänge wird dabei in der Längeneinheit Meter (bzw. Bruchteilen wie Nanometer [nm] oder Mikrometer [µm]) angegeben. Gleichwertig ist aber auch die Angabe der Frequenz in Hertz (bzw. Vielfachen wie Megahertz [MHz], Gigahertz [GHz], Terahertz [THz] oder Petahertz [PHz]); diese Angaben sind vor allem bei Mikrowellen und längerwelliger Strahlung üblich. In einigen Wissenschaften sind aber auch Einheiten wie Wellenzahl [cm-1] oder Energie (Elektronenvolt [eV]) gebräuchlich. Beispielsweise sind 550 nm gleich 0.55 µm gleich 545.1 THz gleich 18182 cm-1 gleich 2.25 eV.
In der Praxis hat es sich eingebürgert, das gesamte Spektrum in Bereiche und Unterbereiche zu unterteilen.

Wellenlänge      Frequenz            Bezeichnung               Bereich/Unterbereich

0.2 nm - 125 nm  1499 PHz - 2.40 PHz Vakuum-Ultraviolett       extremes UV
125 nm - 200 nm  2.40 PHz - 1.50 PHz Vakuum-Ultraviolett       Schumann UV
200 nm - 260 nm  1.50 PHz - 1.15 PHz Ultraviolett              UV-C
260 nm - 320 nm  1.15 PHz -  937 THz Ultraviolett              UV-B
320 nm - 400 nm   937 THz -  750 THz Ultraviolett (weiches UV) UV-A

400 nm - 780 nm   750 THz -  384 THz sichtbares Licht          VIS

780 nm -   1 mm   384 THz -  300 THz nahes Infrarot            NIR
  1 mm - 3.5 mm   300 THz - 85.7 THz kurzwelliges Infrarot     SWIR
3.5 mm -  50 mm  85.7 THz - 6.00 THz mittleres Infrarot        MIR
 50 mm - 300 mm  6.00 THz -  999 GHz fernes Infrarot           FIR
300 mm -   1 mm   999 GHz -  300 GHz Sub-Millimeterwellen

  1 mm -   1 cm   300 GHz -   30 GHz Mikrowellen               EHF
  1 cm -  10 cm    30 GHz -    3 GHz Mikrowellen               SHF
 10 cm -   1 m      3 GHz -  300 MHz Radiowellen               UHF
  1 m -   10 m    300 MHz -   30 MHz Radiowellen               VHF

Diese Bereiche und Unterbereiche werden oft noch wesentlich feiner, zum Teil auch überlappend, unterteilt. So kann der Bereich des sichtbaren Lichtes in Farben unterteilt werden (z.B. ist "blau" 440 - 485 nm), im Bereich des mittleren Infrarot sind Unterbereiche des "thermischen IR" und des "Wasserdampf-IR" gebräuchlich und im Bereich der Mikrowellen sind Unterbereiche wie "C-Band", "S-Band", oder "X-Band" üblich.

spektrale Auflösung

Syn. Bandbreite, Kanalbreite; die Wellenlängenbreite, die ein Spektralband bei 50 % der maximalen Durchlässigkeit des Spektralbandes umfasst. Je größer die Anzahl der Bänder und je geringer die Bandbreite, desto größer ist die spektrale Auflösung des Sensors. Ziel ist die Erfassung der spektralen Signaturunterschiede der verschiedenen Oberflächenarten. Die spektrale Auflösung ist in Kombination mit der geometrischen und der temporalen Auflösung ein wesentliches Kennzeichen von Fernerkundungssensoren und entscheidend für die Nutzbarkeit der Daten für unterschiedliche Anwendungen.

Spektroskopie

Sammelbegriff für unterschiedliche Analyseverfahren. Im Kern der Spektroskopie steht die Untersuchung elektromagnetischer Wellen. In erster Linie untersucht man die Wechselwirkungen von elektromagnetischer Strahlung mit Materie.

SPOT

Franz. Akronym für Système Probatoire d'Observation de la Terre; Serie von französischen Erdbeobachtungssatelliten, die sich in 832 km Höhe auf einer polaren Umlaufbahn befinden. Wichtigster Sensor ist ein Paar aus jeweils zwei gleichartigen optischen HRV-Kameras (Instrument Haute Résolution Visible), die in einem panchromatischen Modus mit 10 m räumlicher Auflösung oder in einem multispektralen Modus mit etwa 20 m räumlicher Auflösung betrieben werden können. Durch die beiden gleichartigen HRV-Sensoren besteht u.a. die Möglichkeit zur Aufnahme von Stereobildern.

SSH

Engl. Akronym für Sea Surface Height; dies ist der Abstand an einem bestimmten Punkt zwischen der Meeresoberfläche und einem Referenzellipsoid. Die Meeresspiegelhöhe kann mit Hilfe der Satellitenaltimetrie bestimmt werden.

Anomalien der Meeresspiegelhöhen nach Jason-1-Daten Anomalien der Meeresspiegelhöhen nach Jason-1-Daten

Ausschnitt aus dem Pazifik

Quelle: http://topex-www.jpl.nasa.gov/science/jason1-quick-look/index.html

Weitere Informationen: http://sealevel.jpl.nasa.gov/science/jason1-quick-look

Strahlung

Energiefluss in Gestalt von elektromagnetischen Wellen oder Teilchen, die Energie abgeben, wenn sie von einem Körper absorbiert werden.

Streuung

Vorgang, bei dem Teile der elektromagnetischen Strahlung durch kleine Materieteilchen (Aerosol) nach allen Richtungen hin abgelenkt oder teilweise aufgesplittert werden. Wie die Absorption führt die Streuung zu einer Schwächung der die Atmosphäre durchlaufenden Strahlung, insofern besitzt sie auch für die Fernerkundung Bedeutung.

swath

Engl. Schwaden, hier Bodenspur; die Fläche, die von einem Satelliten bei der Erdumkreisung beobachtet wird.

synthetic aperture radar

s. SAR

T

Television Infra-Red Observing Satellite (TIROS)

Serie von Satelliten der NOAA als Teil des globalen meteorologischen Satellitensystems, die die Erde auf einer polaren Umlaufbahn in einer Höhe von 870,44 km umkreisen. Die 1960 mit TIROS-1 als weltweit erstem rein meteorologischen Satelliten begonnene Serie wurde stets weiter verbessert und trägt nunmehr die Bezeichnung POES.
Zu der meteorologischen Kernnutzlast der heutigen als TIROS-N oder allgemein polarumlaufende bezeichneten Satelliten gehören:

  • das abbildende Radiometer AVHRR zur multispektralen Satellitenbilderzeugung
  • die Sondierungsinstrumente des ATOVS-Paketes
  • die Datenübertragungssysteme APT und HRPT
  • das Ortungs- und Datenübermittlungssystem ARGOS sowie zusätzlich z.B.
  • Instrumente zur Bestimmung des Ozongehaltes der Atmosphäre oder der Strahlungsbilanz des Systems Erde-Atmosphäre
Terra

Satellit des Earth Observing System der NASA, der weltweite Daten zum Zustand von Atmosphäre, Landoberfläche und Ozeanen liefert, wie auch über die Interaktionen dieser Sphären untereinander und mit der Sonnenstrahlung. Die Daten geben Entscheidungshilfen zu Fragen des regionalen und globalen Wandels der Landbedeckung, der Atmosphärenbestandteile, der landwirtschaftlichen Wettbewerbsfähigkeit, der Luftqualität, des Küstenschutzes, der Steuerung der Zuwanderung fremder Arten, der Wasserwirtschaft und der öffentlichen Gesundheit. Terra umrundet die Erde in 705 km Höhe auf einer polnahen, sonnensynchronen Umlaufbahn und überquert den Äquator um 10:30 Ortszeit, wenn die Wolkendecke noch gering ist und einen möglichst ungehinderten Blick auf die Erdoberfläche ermöglicht. Durch die in etwa senkrecht zur Erddrehung verlaufende Umlaufbahn erlaubt die Aneinanderreihung der Beobachtungsstreifen die Erstellung von Gesamtansichten der Erde. Terra trägt folgende passiven Sensoren an Bord: CERES (Clouds and the Earth's Radiant Energy System), MISR (Multi-angle Imaging Spectro Radiometer), MODIS, MOPITT (Measurements of Pollution in the Troposphere), ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer).

terrestrische Strahlung

Die gesamte Infrarot-Strahlung, die von der Erde und ihrer Atmosphäre im Temperaturbereich von ca. 200-300 K ausgesandt wird.

thematic mapper (TM)

Multispektraler abbildender Sensor mit 7 spektralen Kanälen im Sichtbaren und IR auf Landsat-4 und Landsat-5. Besonderer Wert wurde auf landwirtschaftliche Anwendungsmöglichkeiten und Landnutzungserkennung gelegt. Der Scanner tastet kontinuierlich die Erdoberfläche ab und erhält gleichzeitig Daten in sieben Kanälen. Wenn man zwei oder mehr Bänder übereinander legt erhält man ein Falschfarbenbild. Die Auflösung der sechs sichtbaren und Kurzwellen-Bänder beträgt 30 m Pixelgröße, die Auflösung des thermischen Infrarots (Kanal 6) 120 Meter. Der TM stellt eine deutliche Weiterentwicklung des MSS dar.

Eine verbesserte Version des TM wird als ETM+ auf Landsat-7 eingesetzt.

Beobachtete Bandbereiche von Sensoren verschiedener Satelliten

 

Quelle: DLR

Thermalbild

Mithilfe von Thermaldetektoren in optomechanischen Scannern von Flugzeug- oder Satellitenplattformen aus aufgezeichnete und als binäre Kodes gespeicherte Bilddaten, die bildelementweise unterschiedliche Temperaturwerte als Grauwerte auflösen, z.B. im 8-bit-Modus 256 Werte.
Thermalbilder entsprechen einer flächenhaften und flächendeckenden Temperaturaufnahme von Teilen der Erdoberfläche. Im Besonderen werden Thermalbilder für das Monitoring von Gewässern, von urbanen Räumen, von Vegetation, aber auch von Brandkatastrophen eingesetzt. Themenspezifische Schwerpunkte sind u.a. die Gewässerökologie, die Stadtklimaforschung, die Analyse von Vegetationsschäden und die Erfassung von Waldbrandflächen.

Thermalstrahlung

Von (Gelände-)Objekten aufgrund ihrer Oberflächentemperatur abgegebene Wärmestrahlung. Sie wird in der Fernerkundung vorwiegend im atmosphärischen Fenster zwischen 8 und 14 mm Wellenlänge genutzt. In diesem Bereich liegt für die an der Geländeoberfläche vorkommenden Temperaturen auch das Maximum der Strahlung und die Datenaufnahme ist von reflektiertem Sonnenlicht praktisch unbeeinflusst.

thermisches Infrarot

Elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen zwischen ca. 3 und 25 Mikrometern.

Die thermische Infrarotstrahlung ist die von der Erdoberfläche, der Atmosphäre und von Wolken abgegebene Strahlung. Sie ist auch als „terrestrische“ oder „langwellige“ Strahlung bekannt und muss von der Nahinfrarotstrahlung, die Teil des solaren Spektrums ist, unterschieden werden. Infrarotstrahlung hat im Allgemeinen ein charakteristisches Spektrum von Wellenlängen, die länger sind als die Wellenlängen der roten Farbe im sichtbaren Bereich des Spektrums. Das Spektrum der thermischen Infrarotstrahlung ist von der kurzwelligen oder Sonnenstrahlung aufgrund des Temperaturunterschiedes zwischen der Sonne und dem Erde/Atmosphären-System gut unterscheidbar.

TIROS-N/NOAA Satelliten

NOAA-Satelliten, die die Erde auf einer polaren Umlaufbahn in einer Höhe von 870,44 km umkreisen. Sie liefern Abbildungen im sichtbaren und infraroten Bereich sowie Daten zum Zustand der Atmosphäre.

TOPEX/POSEIDON

Engl. für Ocean Topography Experiment; ein 1992 gestartetes Satelliten-Projekt der USA (NASA) und Frankreichs (CNES). Der Satellit trägt einen Radarsensor, ein Altimeter um mit bisher nicht erreichter Präzision die Ozeanoberfläche zu vermessen. TOPEX/POSEIDON ist ein Kernstück des World Ocean Circulation Experiment (WOCE) und des Programms Tropical Ocean Global Atmosphere (TOGA) mit seinen ozeangestützten Messeinrichtungen. Aufgrund einer Manövrierunfähigkeit des Satelliten wurde diese überaus erfolgreiche Mission Anfang 2006 beendet.

Ziele der Mission waren:

  • Erforschung der Ozeanzirkulation und seiner Interaktion mit der Atmosphäre zum besseren Verständnis des Klimageschehens
  • Verbesserung des Verständnisses vom Wärmetransport im Ozean
  • Modellierung der Gezeiten
  • Erforschung des marinen Schwerefeldes
  • Berechnungen von Meeresspiegelschwankungen im lokalen wie auch weltweiten Maßstab
Transmissiongrad

Der Spektrale Transmissionsgrad kennzeichnet die Durchlässigkeit der Atmosphäre für elektromagnetische Strahlung. Er ist stark wellenlängenabhängig. Dies ist die Folge der Absorptionseigenschaften der in der Atmosphäre vorkommenden Gase, insbesondere Wasserdampf, Kohlendioxid und Ozon. Außerdem absorbieren Stickstoff und Sauerstoff, die den größten Anteil in der Zusammensetzung der Atmosphäre ausmachen, die ultraviolette Strahlung unter 0,3 µm Wellenlänge fast völlig. Die übrigen, weitgehend durchlässigen und deshalb für die Fernerkundung nutzbaren Wellenlängenbereiche werden als atmosphärische Fenster bezeichnet.

Spektraler Transmissionsgrad der Atmosphäre Spektraler Transmissionsgrad der Atmosphäre

CO2, H2O und O3 kennzeichnen die wichtigsten Absorptionsbereiche.

Quelle: Albertz 2001
Tropical Ocean-Global Atmosphere (TOGA)

Ein von folgenden Organisationen gemeinsam getragenes Forschungsprogramm: the United Nations World Meteorological Organization (WMO), the International Council of Scientific Unions (ICSU), the United Nations Educational, Scientific, and Cultural Organization (UNESCO), the  Intergovernmental Oceanographic Commission (IOC), and the ICSU Scientific Committee on Oceanic Research (SCOR). TOGA hat vier Hauptziele:

  • Sammeln und Katalogisieren von Beobachtungen über Atmosphäre und Ozean in den Tropen
  • Bewertung der Entwicklung des Systems tropischer Ozean/Atmosphäre in Echtzeit
  • Unterstützung für die Entwicklung von kurzzeitigen Klimavorhersagemodellen für die Tropen
  • Erforschung des Einflusses des Systems tropischer Ozean/Atmosphäre auf das Klima in höheren Breiten.
Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM)

Ein im November 1997 gestartetes gemeinsames Satellitenprogramm von NASA und NASDA. Das Ziel von TRMM ist es, klimatologisch signifikante Daten zum tropischen Niederschlag über einen Zeitraum von mindestens drei Jahren hinweg zu erhalten. Da Niederschlag ein äußerst variables Phänomen ist, stellt sich eine adäquate Messung als sehr schwierig dar. TRMM entspricht den gewünschten Anforderungen, indem es den Niederschlag in einem 5x5-Grad-Gitternetz über 30 Tage hinweg mittelt. Die TRMM-Messungen liefern zusammen mit Wolkenmodellen auch genaue Schätzungen von der vertikalen Verteilung latenter Wärme in der Atmosphäre.
Die noch bestehende Unsicherheit über die Menge und die Verteilung von Niederschlag, besonders in den Tropen, verhindert die Ermittlung des Massen- und Energieaustausches zwischen dem tropischen Ozean und der Atmosphäre. Da beide eng gekoppelt sind, haben Wolkenabstrahlung und Regen wahrscheinlich wesentliche Auswirkungen auf die Meereszirkulation und die marine Biomasse.
Zu den Sensoren der TRMM gehören:

  • ein Niederschlagsradar
  • der TRMM Microwave Imager
  • ein Radiometer für den sichtbaren und den infraroten Spektralbereich
  • ein abbildender Sensor zur Blitzdarstellung
  • das Instrument CERES zur Messung der von Wolken und Erdoberfläche reflektierten Sonnenstrahlung
TRMM Microwave Imager

Passiver, mehrkanaliger Mikrowellen-Radiometer, der so ausgelegt ist, dass er in einem breiten Streifen unterhalb des Satelliten quantitative Informationen über den Niederschlag und die beim Niederschlag freigesetzte Wärme in den Tropen und den Subtropen liefert.

Weitere Informationen: http://trmm.gsfc.nasa.gov/

U

überwachte Klassifizierung

In der Fernerkundung und der digitalen Bildverarbeitung die Bildung von Objektklassen nach vorgegebenen Entscheidungsregeln. Als Referenz für die Klassen werden Trainingsgebiete herangezogen, die zur parametrischen bzw. nichtparametrischen Kennzeichnung der Klassen dienen. Grundsätzlich werden bei diesen Verfahren die Bildelemente anhand ihrer Merkmale den Objektklassen zugeordnet, deren Trainingsgebiete gleiche oder zumindest ähnliche Eigenschaften aufweisen.

ultraviolette Strahlung

Der Energiebereich direkt jenseits des violetten Endes des sichbaren Spektrums.

Umlaufbahn

Syn. Orbit; Bahn, auf der sich ein Körper im freien Raum unter dem Einfluss der Anziehungskraft eines anderen Objektes bewegt.
Eine Umlaufbahn hat die Form eines Kegelschnittes, also einer Kurve, die beim Schnitt durch einen Kegel entsteht. Folglich kann die Bahn kreisförmig, elliptisch, parabolisch oder auch hyperbolisch um den Zentralkörper verlaufen. Dieser befindet sich dabei stets in einem der Brennpunkte der Kurve. Wenn sich ein Satellit um die Erde bewegt, so nennt man den erdfernsten Punkt der Bahn Apogäum und den erdnächsten Punkt Perigäum, wobei die Endung -gäum für „Erde" (griechisch gäa) steht.
Eine besonders für die Raumfahrt und Satellitentechnik wichtige Bahn ist die so genannte „stationäre Umlaufbahn". Dabei bedeutet „stationär", dass die Geschwindigkeit des umlaufenden Objektes der Umdrehungsgeschwindigkeit des Zentralkörpers angeglichen wird. Als Folge scheint das Objekt immer über der gleichen Stelle über der Oberfläche des Zentralkörpers zu stehen. Ein mittlerweile alltägliches Beispiel sind die „geostationären Bahnen", wie sie Kommunikationssatelliten oder auch Fernsehsatelliten um die Erde beschreiben.
Satellitenbahnen mit Inklinationen nahe 0 werden als äquatoriale Umlaufbahnen bezeichnet, da die Satelliten etwa über dem Äquator bleiben. Orbits mit Inklinationen von etwa 90 Grad werden als polare Umlaufbahnen bezeichnet, da die Satelliten die Pole überqueren. Satelliten mit diesem Orbit sind beispielsweise die amerikanischen NOAA/Tiros und die LANDSAT-Satelliten.

Arten von Umlaufbahnen Arten von Umlaufbahnen Quelle: Löffler 1994
unüberwachte Klassifizierung

Statistische Verfahren, die bei digitaler Bildbearbeitung Klassenbildungen ohne Referenzdaten ermöglichen. Ziel dieser Verfahren ist, Bildelemente, die im Merkmalsraum durch Merkmalsvektoren dargestellt werden, so in Cluster zusammenzufassen, dass jede dieser Ballungen einer homogenen Bildregion entspricht. Sämtliche Bildelemente werden also lediglich aufgrund statistischer Parameter verschiedenen Klassen zugeordnet. Die Verfahren unterscheiden sich u.a. in den Eingangsparametern, teilweise werden Angaben wie z.B. Klassenanzahl oder Festlegung der Keimpunkte, d.h. jener Punkte, die als Ursprung einer Klasse dienen, benötigt. Im Gegensatz zur überwachten Klassifizierung liegen Informationen zu thematischen Inhalten bzw. Zugehörigkeiten zu tatsächlichen Objektklassen zunächst nicht vor. Sie werden in der Nachbearbeitung zugewiesen, sofern dies überhaupt möglich ist.

V

W

Wellenlänge und Frequenz

Als Wellenlänge bezeichnet man den Abstand zwischen jeweils zwei Wellenbergen. Diese Länge kann in Metern, Nanometern, Mikrometern, oder wie in der Grafik auch in Ångström (Å) angegeben werden. Als Stellvertreter für "Wellenlänge" wird oft λ verwendet. Der Kehrwert 1/λ wird als "Frequenz" (oft ny) bezeichnet. Die Frequenz gibt an, wieviele Wellenberge einer sich fortbewegenden Welle pro Sekunde an einem festen Ort durchgehen. Die verwendete Einheit ist "pro Sekunde" (s-1). Wellenlänge und Frequenz haben einen Zusammenhang:

Formel

Dabei ist c0 die Lichtgeschwindigkeit, also jene Geschwindigkeit, mit der sich Licht im Vakuum fortbewegt. (= 2.998·108 m/s).

Wellenlänge und Frequenz der Spektralbereiche Wellenlänge und Frequenz der Spektralbereiche

Strahlung wird beschrieben durch ihre Wellenlängen bzw. durch ihre Frequenz. Und auch Schall ist nichts anderes als eine Welle.

Wetterballon

Syn. Radiosonde; luftgetragene Plattform zur Erstellung eines Vertikalprofils der die Atmosphäre charakterisierenden Parameter (Temperatur, Druck, Feuchte). Dazu misst die Radiosonde, die an einer Schnur unter dem Ballon befestigt ist, alle paar Sekunden diese Parameter und sendet sie an einem Empfangsstation am Boden. Durch die horizontale Verdriftung des Ballons erhält man zudem eine Information über die Windverteilung in der Atmosphäre. Moderne Sonden übermitteln ihre jeweilige Position automatisch durch GPS-Sender.

Wettersatellit

Bezeichnung für Satelliten, die durch ihre Daten die vom Boden geführten meteorologischen Beobachtungen ergänzen und so zur Erfüllung der Aufgaben der Wetterdienste und der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) beitragen (meteorologisches Satellitensystem).

Wettersatelliten liefern permanent Daten und Bilder über die Wolkenverteilung und Wolkenarten, die Bewegung und Zugbahnen der Wolken, die Windbewegungen, die Strahlungstemperaturen, die Schnee- und Eisbedeckung, die Oberflächentemperatur der Wasser- und Landflächen sowie den Zustand der Atmosphäre (u. a. Luftdruck, Niederschläge, Ozongehalt, Luftverschmutzung, Temperatur- und Feuchtigkeitsprofile). Neben den wichtigen Klimaelementen, die zur Wettervorhersage nötig sind, informieren die Satelliten auch über den Zustand der Waldgebiete, Ernte- und Weideflächen, Überschwemmungsgebiete, Meeresströmungen, Eisberge und über Vulkanausbrüche.

Wettersatelliten sind mit Fernsehkameras, Infrarot-Radiometern, atmosphärischen Soundern und Strahlungsmessgeräten ausgestattet. Eine Gruppe von Wettersatelliten umkreist die Erde auf polaren Umlaufbahnen in circa 800 bis 1.200 Kilometer Höhe, dabei passieren die Trabanten jeweils einen bestimmten Ort täglich zur gleichen Zeit (z.B. TIROS). In 24 Stunden werden die meteorologischen Stationen auf der Erde mit einer kompletten Aufnahme der Erdoberfläche, die streifenweise erfasst wird, beliefert. Eine zweite Gruppe, deren Exemplare sich auf verschiedenen geostationären Umlaufbahnen in rund 36.000 Kilometer Höhe befinden, tasten stets das jeweils gleiche Drittel der Erdoberfläche ab (z.B. METEOSAT).

 

Orbits von Wettersatelliten

Links: A polar-orbiting weather satellite (POES) orbits Earth in a nearly north-south direction passing near the poles.It travels in a relatively low altitude (800 to 1000 km). The satellite’s orbit traces out a plane in space while the planet continually rotates on its axis through the plane of the satellite’s orbit. With each orbit, points on Earth’s surface (except near the poles) move eastward so that onboard sensors sweep out successive overlapping north/south strips.

Rechts: A geostationary weather satellite (GOES) revolves around Earth at the same rate and in the same direction as the planet rotates so that the satellite is always positioned over the same spot on Earth’s surface and its sensors have a consistent field of view. The sub-satellite point, the location on Earth’s surface directly below the satellite, is essentially on the equator.

Quelle: AMS

Hier gelangen Sie zu einem erläuterten Vergleich von Bildern verschiedener Sensoren der NOAA- und METEOSAT-Satelliten.

Vorteile von Satellitenbeobachtungen gegenüber anderen meteorologischen Mess- und Beobachtungssystemen:

  • weltweit lückenlose und flächendeckende Erfassung des Systems Erdoberfläche/Atmosphäre
  • zeitlich nahezu kontinuierliche Überwachung mit geostationären Satelliten
  • einheitliches Beobachtungssystem
  • obenseitige Erfassung meteorologischer Parameter, z.B. von Wolken, als Ergänzung zu den konventionellen Beobachtungen
    homogene Darstellung großräumiger Strukturen, wie z.B. Wirbelstürme
  • sehr rasche Datenverfügbarkeit
  • Gewinnung einzelner Parameter ausschließlich mit Satelliten möglich (für die Klimaüberwachung wichtige Strahlungsflüsse am Oberrand der Atmosphäre)
Windscatterometer

Aktives Mikrowellengerät, das über mehrere Antennen (meistens 3) mit unterschiedlichen Blickrichtungen zur Flugrichtung die Wasseroberfläche mit Radarpulsen bestrahlt und dann die rückgestreute Radarintensität, eine Funktion der kurzskaligen Rauhigkeit der Wasseroberfläche und damit der Windgeschwindigkeit, misst. Auf den inzwischen inaktiven europäischen Fernerkundungssatelliten ERS-1 und -2 befindet sich ein solches Windscatterometer, das in Auflösungszellen von 50 x 50 km in einem 500 km breiten Streifen rechts zur Satellitenlaufbahn die Windgeschwindigkeit in Betrag und Richtung misst.

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Hinweis zur DVD "Lexikon der Fernerkundung"

Das vorliegende "Kleine Lexikon der Fernerkundung" ist eine stark verkürzte Version des "Lexikon der Fernerkundung". Es stammt von den gleichen Autoren wie das "ENSO-Phänomen". Nach selbem Muster existiert eine Internet-Version und eine DVD-Version, letztere mit umfangreichen Zusatzmaterialien (Tutorials, Software, hochauflösende Grafiken usw.)

Sie finden die Online-Version im Internet unter http://www.fe-lexikon.info/.

Preise für die DVD:
1 Arbeitsplatz 40 € • 2-15 Arbeitsplätze 50 € • über 15 Arbeitsplätze 100 €
Die Bezugsadresse finden Sie unter Kontakt.