Atmosphärische Parameter, die sich auf die Radianz (Flächenhelligkeit) auswirken
Übung 2: Meeresoberflächentemperatur
Zur Erhebung der Meeresoberflächentemperatur (SST) messen Satelliten im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums und erfassen die Wärmeabstrahlung. Alle Oberflächen geben Strahlung ab, deren Stärke von der Oberflächentemperatur abhängig ist. Je höher die Temperatur, desto stärker fällt die abgestrahlte Energie aus. SSTskin ist die Temperatur der oberen ~10-20 µm des Ozeans, die mit einem typischerweise im Wellenlängenbereich von 3,7-12 µm messenden Infrarotradiometer erhoben wird.
Die Infrarotstrahlung, die der Sensor erfasst, hängt außerdem von anderen Variablen wie etwa dem Abstrahlungsvermögen (Emissivität) der Oberfläche (0,98-0,99 über dem Meer) und der Beobachtungsgeometrie ab. Der Einfluss der Atmosphäre auf das Signal ist gering, kann aber nicht ignoriert werden, da die Atmosphäre wesentlich kälter als die Meeresoberfläche ist. Für eine genaue Erhebung der SST müssen alle Variablen, die sich auf die atmosphärische Absorption und Emission auswirken, sorgfältig berücksichtigt werden.
Satelliten messen die Helligkeitstemperatur der Oberfläche. Mithilfe einer Gleichung lassen sich verschiedene SST-Algorithmus-Koeffizienten ableiten. Durch Anwendung dieser Koeffizienten auf die Helligkeitstemperaturwerte können diese vom atmosphärischen Rauschen bereinigt werden. Einige multispektrale Algorithmen zur SST-Erhebung basieren auf den Kanälen, die die Strahlung tagsüber im Spektralbereich 11 und 12 µm messen. Diese werden als Split-Window-Algorithmen bezeichnet, da das atmosphärische Übertragungsfenster, in dem die Strahlung von der Oberfläche in den Weltraum gelangt (zwischen 9,8 und 13,5 µm) in zwei Kanäle (11 und 12 µm) aufgeteilt ist. Nachts kann ein zusätzlicher Kanal von 3,7 µm verwendet werden, der mehr Informationen über die atmosphärische Abschwächung der Meeresoberflächenradianz liefert. Dies ist ein Dreikanal-Algorithmus. Eine allgemeine Formulierung des Split-Window lautet:
Dabei gilt: a, b, c und d sind spezifisch für jeden Algorithmus, da sie von Sensoreigenschaften und örtlichen atmosphärischen Bedingungen abhängen.
Unter normalen Bedingungen ist der östliche äquatoriale Pazifik kälter als der westliche, obwohl im östlichen Gebiet natürlicherweise mehr Wärme herrscht. Westwärts gerichtete Passatwinde im Äquatorgebiet verursachen dort das so genannte „Upwelling“, bei dem im Osten kaltes Wasser nahe der Oberfläche ansteigt und im Westen warmes Wasser nach oben gelangt, da sich kaltes Wasser in diesen Bereichen wesentlich tiefer befindet. Wenn die Passatwinde schwächer werden, kann das warme Wasser vom Äquator aus ostwärts abfließen und so erstrecken sich hohe Meeresoberflächentemperaturen bis weit in den zentralen äquatorialen Pazifik hinein. Im Osten liegen die Meeresoberflächentemperaturen um 3°C über dem Normalwert.
Übung mit LEOWorks
Erstelle eine Animation aus der Serie der Satellitendaten.
Es stehen drei Datenserien zur Verfügung: eine von 1997-1998, eine von 2005-2006 und eine von 2007-2008. Erstelle aus den drei Datensätzen drei Animationen und untersuche sie. Beschreibe die Ereignisse in den einzelnen Zeiträumen und stelle Vergleiche an.
Klicke im Bildverarbeitungsprogramm LEOWorks auf Tools/Image Animation. Dadurch öffnet sich das Fenster Select Files for Animation. Wähle die gewünschte Animationsgeschwindigkeit. Durch Aktivierung des Schiebereglers „Active“ wird die Bildnummer eingeblendet.
1. Welche der drei Bildserien stammt aus einem El-Niño-Jahr?
2. Welche Auswirkung hat El Niño auf die Klimamuster im Westpazifik und in Asien?
3. Was geschieht im Ostpazifik und über Südamerika?
4. Beurteile die gegenwärtige Situation anhand der neuesten Informationen.
