D1 Satellitenfernerkundung

Thema

Die Satellitenfernerkundung misst die Eigenschaften der Kryosphäre von Plattformen aus, die die Erde umkreisen. Dabei werden elektromagnetische Signale in verschiedenen Spektralbändern ausgesendet oder empfangen, um das Eis aus dem Weltraum zu charakterisieren. Die Satellitenfernerkundung ist die einzige Methode, die eine wirklich globale, zeitlich wiederholte und ortsunabhängige Abdeckung bietet. Diese globale, wiederholte und konsistente Abdeckung macht sie unerlässlich für die Überwachung von Veränderungen der Eisausdehnung, des Gletschervolumens und der gesamten Massenbilanz der Kryosphäre.

Zwei der von der Satellitenfernerkundung verwendeten Techniken messen die Höhe der Eisoberfläche aus dem Orbit: Eine Laseraltimetrie-Mission misst die Entfernung zwischen Satellit und Eisoberfläche, indem sie die Laufzeit von Laserpulsen misst. Die Differenz dieser gemessenen Entfernung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Satellitenüberflügen zeigt, wie stark sich die Eisdicke zwischen einem Überflug und dem nächsten verändert hat. Eine Radaraltimetrie-Mission hingegen sendet ein Radarsignal aus, das trockenen Schnee teilweise durchdringt, bevor es reflektiert wird. Die von dieser Radaraltimetrie-Mission gemessene Höhe entspricht daher einer Streufläche, die etwas unterhalb der sichtbaren Eisoberfläche liegt.

Eine Satellitengravimetrie-Mission folgt einem anderen Prinzip: Sie erfasst die durch die Eismasse selbst hervorgerufenen Veränderungen des Erdanziehungsfeldes. Verliert das Eis an Masse, schwächt sich das lokale Gravitationsfeld messbar aus dem Orbit ab. Diese Mission übersetzt die Abschwächung des Gravitationsfeldes direkt in eine Veränderung der Eismasse, ohne – wie bei Altimetrie-Missionen – zunächst die Eisdicke pro Zentimeter Höhenunterschied berechnen zu müssen.

Ein passiver Mikrowellensensor misst die natürliche Mikrowellenstrahlung des Meereises. Diese vom Sensor erfasste Strahlung ermöglicht es Wissenschaftlern, bei jedem Satellitenüberflug sowohl die Konzentration als auch die Ausdehnung des Meereises zu berechnen. Ein interferometrisches Radarverfahren kombiniert die Phasen mehrerer Radarbilder, die aus dem Weltraum über demselben Punkt zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen wurden. Diese Phasenkombination ermöglicht die Berechnung von Eisoberflächenverschiebungen mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern.

Das erwartete Verhalten der Satellitenfernerkundung, die all diese unabhängigen Techniken integriert, ist, dass sie alle dieselben Trends der Ausdünnung, des Massenverlusts und der Verringerung der Eisbedeckung erfassen. Diese Übereinstimmung zwischen den unabhängigen Methoden ermöglicht es uns, die beobachteten Veränderungen in der Kryosphäre mit hoher Sicherheit zuzuordnen und bestätigt somit die zentrale Rolle der Satellitenfernerkundung als einziges Instrument, das die gesamte Kryosphäre der Erde mit der eingangs beschriebenen globalen, wiederholten und konsistenten Abdeckung überwachen kann.

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