Übung 1: Der Hurrikanwirbel Katrina von der Wolkenoberseite bis hinunter zur Meeresoberfläche - Fortsetzung
b) Meereswellen – ASAR
Radarsysteme (Radio Detection and Ranging) sind aktive Sensoren mit einer eigenen elektromagnetischen Energiequelle. Aktive Radarsensoren haben eine Antenne, über die Funkwellen in Form von Impulsserien ausgesendet werden. Treffen die Funkwellen auf ein Ziel, so wird ein Teil ihrer Energie zum Sensor zurückgeworfen. Diese rückgestreute Mikrowellenstrahlung wird detektiert, gemessen und zeitlich analysiert. Aus der Laufzeit der Strahlung zum Ziel und von dort zurück zum Sensor kann man die Entfernung des Ziels vom Sensor errechnen. Durch Aufzeichnung der Entfernung und der von allen Zielpunkten reflektierten Energiemenge im vom Radarsystem erfassten Bereich lässt sich ein zweidimensionales Bild der Oberfläche erzeugen.
Da ein Radarsystem mit einer eigenen Energiequelle arbeitet, können bei Tag und Nacht Aufnahmen angefertigt werden. Darüber hinaus sind Mikrowellen in der Lage, Wolken und in den meisten Fällen auch Regen zu durchdringen, so dass Radarsensoren bei jedem Wetter eingesetzt werden können. So kann der Sensor auch durch die Wolken des Hurrikans Katrina „hindurchsehen“.
Öffnen Sie die ASAR-Bilddatei des Hurrikans Katrina. Untersuchen Sie zunächst das Histogramm und versuchen Sie herauszufinden, warum die Aufnahme von LEOWorks nicht korrekt angezeigt werden kann.
Projektion der Radaraufnahme auf die 8-Bit-Skala in LEOWorks
Die rückgestreute Strahlung wird mit sehr hoher Präzision gemessen. Daher erstrecken sich die Pixelwerte über einen weit größeren Wertebereich als die Pixelwerte normaler 8-Bit-Aufnahmen. 8-Bit-Bilddateien enthalten Pixelwerte zwischen 0 und 255. Das ASAR erfordert wegen seiner Genauigkeit jedoch einen viel größeren Pixelwertebereich. Aus diesem Grund werden die Aufnahmen des ASAR nicht im 8-, sondern im 32-Bit-Format (float32) gespeichert. Im LEOWorks-Viewer können nur Pixelwerte zwischen 0 und 255 (8-Bit-Format) am Computerbildschirm korrekt dargestellt werden, nicht jedoch Aufnahmen im 32-Bit-Format. Als nächste Aufgabe projizieren Sie die Radaraufnahme bitte auf eine 8-Bit-Skala.
Verwenden Sie dazu die interaktive Kontraststreckung (Interactive Stretching)
Untersuchen Sie jetzt die Radaraufnahme.
1. Vergleichen Sie die Aufnahme mit einer Landkarte in einem Atlas. Finden Sie die Küstenlinie im oberen Bereich der Aufnahme?
2. Beschreiben Sie, wie die verschiedenen Eigenschaften von Katrina in der Radaraufnahme visualisiert werden.
3. Messen Sie mit dem Bemessungswerkzeug (Measure Tool) die Entfernung vom Auge von Katrina bis zur Küste. Welchen Durchmesser hat das Auge von Katrina?
Im Gegensatz zur MERIS-Aufnahme sehen Sie auf dieser Aufnahme keine Wolken, da diese von den Mikrowellen des Radarsensors durchdrungen werden. Untersuchen Sie nun die Meeresoberfläche unter dem Hurrikan.
Versuchen Sie auch, anhand dieser Aufnahme von der Drehrichtung des Wassers auf die Drehrichtung des Hurrikans zu schließen.
Radaraufnahmen (wie beispielsweise die von ASAR) werden in einer völlig anderen Weise generiert als optische Aufnahmen (wie beispielsweise die von MERIS) und müssen daher auch in einer völlig anderen Weise interpretiert werden.
Bei optischen Aufnahmen werden die Intensität des reflektierten Lichts und die emittierte Strahlung innerhalb eines Spektralbands gemessen, bei Radaraufnahmen dagegen der rückgestreute Anteil des vom aktiven Sensor emittierten Mikrowellenimpulses. Hohe Werte, also helle Pixel, bedeuten, dass ein relativ hoher Anteil des Signals rückgestreut wird, und umgekehrt.
4. Welche Schlüsse über die Beschaffenheit der Meeresoberfläche (Bewegtheit des Wassers) können Sie aus der Helligkeit des Ozeans in der Radaraufnahme ziehen?
Das folgende Bild kann Ihnen bei der Beantwortung der Frage helfen.
Zusammenhang zwischen den Graustufen von Radaraufnahmen und der Rückstreuung von unterschiedlichen Zielen
Wie Sie aus der vorhergehenden Frage gelernt haben sollten, erscheint eine bewegte Meeresoberfläche in der Radaraufnahme heller, eine ruhige Meeresoberfläche dagegen dunkler.
Betrachten Sie vor diesem Hintergrund nun noch einmal die Grauwerte im Auge des Hurrikans sowie an den Rändern des Auges.
5. Können Sie Schlüsse über die Windgeschwindigkeit im Auge von Katrina ziehen?
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