Wolken und Stürme vom All aus gesehen - Satellitenbild

Satellitenbilder gehören zum unentbehrlichen Handwerkszeug der modernen Meteorologie. Sie bieten eine Fülle von Detailinformationen.

Erst mit dem Einsatz von Wettersatelliten ist es möglich geworden, alle Wettervorgänge auf der Erde lückenlos zu überwachen. Mittlerweile ist die Satellitenmeteorologie ein zentraler und essentieller Bestandteil moderner Wettervorhersagen. Dies gilt insbesondere für Regionen, in denen keine regelmäßigen Wetterbeobachtungen vor Ort durchführbar sind. Beispielsweise über den riesigen Ozeanflächen sind Daten von Wettersatelliten unverzichtbar.

Seit ihren Anfängen zu Beginn der 1960er Jahre hat sich die Satellitenmeteorologie stetig weiter entwickelt und liefert heute weit mehr als nur Fotos oder die aus Nachrichtensendungen bekannten Wolkenfilme. Ein Wettersatellit ist ein Erdbeobachtungssatellit, welcher primär meteorologische Vorgänge auf der Erde erfasst und übermittelt.

Das Herzstück jedes Wettersatelliten sind bildaufnehmende Sensoren, sogenannte Radiometer. Ihre Funktionsweise ist durchaus mit den aus Digitalkameras bekannten Chips vergleichbar. Während handelsübliche Kameras jedoch nur das sichtbare Licht "einfangen", messen Radiometer die Strahlung in zahlreichen Spektralbändern. Dies eröffnet vielfältige Möglichkeiten, zum Beispiel Temperaturmessungen oder Aufnahmen bei Nacht.

Das Gesamtspektrum elektromagnetischer Wellen reicht von Niederfrequenz mit Wellenlängen von tausenden Kilometern über Radio- und Mikrowellen bis zur Röntgen- und Gammastrahlung, deren Wellenlänge bis in atomare Größenordnungen reicht. Die Sensoren von Wettersatelliten empfangen und verarbeiten hauptsächlich Wellenlängen im sichtbaren, im infraroten und im Mikrowellenbereich.

Licht ist nur ein sehr kleiner Ausschnitt des elektromagnetischen Wellenlängenbereichs, den die menschlichen Sinnesorgane wahrnehmen können. Das Auge erfasst Wellenlängen zwischen 640 Nanometer (rote Farbe) und 380 Nanometer (violett). Andere Lebewesen, zum Beispiel Insekten, sind teilweise in der Lage, andere Spektralbereiche zu verwerten.

Während die Interpretation der Daten im sichtbaren Licht einfach ist und durch Fotos abgebildet werden, müssen für die anderen Spektralbereiche die Strahlungsgesetze der Physik angewendet werden.

Die meisten Wettersatelliten können sowohl die elektromagnetische Strahlung, die von der Erdoberfläche ausgeht, als auch jene aus der Erdatmosphäre messen.

Wenn ausschließlich die empfangene Strahlung ermittelt wird, spricht man von passiven Instrumenten. Aktive Instrumente senden dagegen Radar- oder Laserstrahlen aus und verwerten anschließend das von der Erde oder der Atmosphäre reflektierte Signal. Der sichtbare Kanal eines Wettersatelliten erfasst die von der Erde und der Atmosphäre reflektierte Sonneneinstrahlung.

Da Wolken aus Wassertropfen besonders stark reflektieren, erscheinen sie in diesem Kanal sehr hell. Hohe Wolken aus Eiskristallen absorbieren dagegen in einem etwas langwelligeren Bereich, weshalb sie im sichtbaren Kanal bereits schwerer zu erkennen sind. Dieser Wolkentyp sieht in einem anderen Kanal, der das nahe Infrarot erfasst, wiederum strahlend hell aus.

Mit diesem Wissen kann ein Meteorologe durch den Vergleich der beiden Kanäle schon gut abschätzen, in welchen Höhenlagen sich Wolkenfelder befinden und wie kompakt sie sind.

Werden zum Beispiel unterschiedliche Infrarot-Kanäle kombiniert, so erhält der Meteorologe Informationen über die Art und Höhenlage von Wolkenschichten in verschiedenen Stockwerken der Lufthülle.

Mittlerweile umkreist eine ganze Armada von Wettersatelliten mit unterschiedlichen Aufgaben den Planeten. Es gibt im Wesentlichen zwei Typen: geostationäre und polarumlaufende Satelliten.

Ein einzelner geostationärer Wettersatellit deckt etwa 40 Prozent der Erdoberfläche ab. Um die ganze Erdkugel abzubilden, sind somit mindestens drei, besser aber fünf Satelliten nötig. Ein solcher Verbund von geostationären Wettersatelliten besteht seit den 1970er Jahren.

Seither ist es zum Beispiel nicht mehr möglich, dass tropische Wirbelstürme unentdeckt bleiben. Ab etwa 70 Grad nördlicher und südlicher Breite sind die Bilder perspektivisch bedingt schon so stark verzerrt, dass sie für die meisten arktischen Regionen unbrauchbar werden.

Geostationäre Wettersatelliten arbeiten nicht nur im meteorologischen Bereich, sondern übernehmen inzwischen auch die Aufgaben von Nachrichtensatelliten.

Bei Aufnahmen polarer und arktischer Regionen der Erde punkten die polarumlaufenden Wettersatelliten ganz besonders. Nur sie können diese Regionen senkrecht von oben ablichten. Der jeweilige Bildausschnitt ist allerdings relativ schmal. Daher besteht ein Satellitenbild aus zahlreichen Einzelbildern, die in der Regel während unterschiedlicher Umläufe und somit nicht zeitgleich aufgenommen werden.

Polarumlaufende Satelliten zum Beispiel aus der amerikanischen NOAA- oder der russischen Meteor-Serie und der 2006 gestartete europäische MetOp liefern extrem detaillierte Bilder mit Auflösungen im Bereich von hundert Metern. Somit können zum Beispiel schon größere Eisschollen oder kleine, lokale Quellwolken abgebildet werden.

Weiteres Wissenswertes zum Thema Satellitenbild: