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Ein Umweltphysiker im Klimawandel

Temperaturmessungen vom Satelliten

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Seit den 70er Jahren des 20. Jh. kann man die Lufttemperatur von Satelliten aus messen und hat so erstmalig die Möglichkeit, die Temperatur der ganzen Erdatmosphäre, nicht nur die über den Kontinenten zu messen.

Zur Messung hat man sich dafür entschieden, die Mikrowellenstrahlung von Sauerstoffmolekülen in der Atmosphäre heranzuziehen, die ein sehr genaues Thermometer darstellt. Daher bezeichnet man diese Daten auch als MSU-Daten („Microwave Sounding Unit“, nach dem Messinstrument an Bord des Satelliten). An den Messungen sind ständig mindestens 2 Satelliten (mit gewöhnlich 4 Jahren Lebensdauer) beteiligt, deren Ergebnisse untereinander verglichen werden. Die Messmethode erlaubt sogar, zwischen verschiedenen Höhenbereichen, nämlich der Troposphäre und der Stratosphäre, zu unterscheiden.

Mikrowellengeräte erlauben die Bestimmung von Erdoberflächenparametern und atmosphärischen Parametern durch die Wolkenbedeckung hindurch. Im Jahre 1972 wurden die ersten Geräte auf US-Satelliten eingesetzt, zunächst auf den Nimbus-Satelliten der NASA als ESMR (Electrically Scanning Microwave Radiometer), als SCAMS (Scanning Microwave Spectrometer) und schließlich als SMMR (Scanning Multichannel Microwave Radiometer). Ab 1975 wurde von NOAA auf der neuen Serie operationeller Satelliten (TIROS-N ff.) die MSU (Microwave Sounding Unit) zum Einsatz gebracht, die im Aufbau dem SCAMS ähnelt.

Die MSU hat vier Kanäle in der 50-60 Ghz (0,6-0,5 cm) Sauerstoff-Absorptionsbande und damit sind Temperatur-Vertikalsondierungen bis 50 hPa heute möglich. Die MSU wird seit ca. 30 Jahren auf NOAA Satelliten eingesetzt und alle Geräte zeichneten sich durch sehr große Stabilität und Genauigkeit aus, allerdings sind die geringe horizontale Auflösung mit mehr als 100 km und die geringe vertikale Auflösung (vier Atmosphärenbereiche (untere Troposphäre, mittlere Troposphäre, Übergang Troposphäre/ Stratosphäre, untere Stratosphäre) von Nachteil.

Die Temperaturdaten ab 1979 stammen von mittlerweile 11 unterschiedlichen Messinstrumenten, die auf 11 unterschiedlichen NOAA-Satelliten geflogen sind. Seit 2008 ist das präziseste Gerät, die Advanced Microwave Sounding Unit (AMSU-A) auf dem Aqua Satelliten der NASA im Einsatz. Messungenauigkeiten, die sich aufgrund der unterschiedlichen Geräte, Umlaufbahnen, etc. ergeben, sind dabei zu berücksichtigen und zu korrigieren.

Zur Temperaturbestimmung: Mit dem Satelliten-Sensor wird die emittierte Strahlung der Sauerstoffmoleküle gemessen, deren spektrale Verteilung bekannt ist. Die gemessene Strahldichte kann mit Hilfe der Planckschen Strahlungsformel in eine Temperatur (Helligkeits-Temperatur) umgerechnet werden. Auf den ersten Blick erscheint nur die vertikal gemittelte Temperatur bestimmbar zu sein, denn am Sensor kommt die Strahlung aus allen Schichten der Atmosphäre (mit unterschiedlicher Helligkeits-Temperatur) gleichzeitig an. Misst man allerdings die Strahlungsänderung bei verschiedenen Frequenzen in der Nähe einer Spektrallinie (d.h. in den Banden, oder auch Flanken einer Spektrallinie, sog. Kanäle), dann kann man das vertikale Profil der Temperatur ermitteln.

microwave-spectrum-o2-05-06cm

Das Transmissionsspektrum der 50-60 Ghz (0,6-0,5 cm) Sauerstoff-Absorptionsbande (gelbe Umrandung) wird über die Frequenz/Höhenbereiche ausgelesen. Daraus wird mit Hilfe der Planckschen Strahlungsformel das vertikale Profil der Temperatur ermittelt. Die Höhenzuordnung der Temperaturwerte erfolgt über Strahlungstransferberechnung und eine Gewichtsfunktion. Auch das ist nur mit begrenzter Genauigkeit möglich.

msu_wt_func

Siehe

http://wekuw.met.fu-berlin.de/~HeinerBilling/AMSU/amsutext.html

http://www.meteo.physik.uni-muenchen.de/~crewell/vorles/FE_vorles/fe_atmos_passiv.html

http://de.wikiversity.org/wiki/Projekt:FE_Beobachtung_1/Meteosat/Theoretische_Grundlagen#Gewichtsfunktionen

http://www.ssmi.com/msu/msu_data_description.html#msu_weighting_functions

http://www.drroyspencer.com/latest-global-temperatures/

http://www.schulphysik.de/klima/alvens/klima.html

http://www.oekologismus.de/?p=676

Written by admin

Mittwoch, 11 März, 2009 um 16:26

Veröffentlicht in Klimawandel, Nicht kategorisiert

2 Antworten

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  1. Danke für die sehr interessante und informative Beitrag!

    Pierre Gosselin

    Donnerstag, 12 März, 2009 at 09:58

  2. Der Komödien… G.Hoffmann wird so einen Beitrag einfach nicht hinkriegen. Der Kreuzzug gegen die Skeptiker blockiert wohl sein …?! ;-)

    Danke, dass SIE das tun, was diese xxx vorgeben zu tun!

    Eddy

    Eddy

    Donnerstag, 12 März, 2009 at 14:51


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