D5 Satellitenfernerkundung

Thema

Die Satellitenfernerkundung ermöglicht es uns, dieselben hydrologischen und Oberflächenvariablen global und flächendeckend zu beobachten, die Feldmethoden nur punktuell erfassen: Bodenfeuchte, Überschwemmungen, Grundwasser, Vegetation und Oberflächentemperatur.

Der Feuchtigkeitsgehalt der obersten fünf Zentimeter des Bodens wird aus dem Weltraum mithilfe passiver Mikrowellenradiometer gemessen, die die vom Boden emittierte Helligkeitstemperatur erfassen. Genau diese Helligkeitstemperatur, die direkt mit der Dielektrizitätskonstante des Bodens zusammenhängt, erlaubt es uns, den Wassergehalt des beobachteten Bodens zu bestimmen.

Ein Synthetic Aperture Radar (SAR) misst hingegen den Rückstreukoeffizienten des ausgesendeten und empfangenen Signals. Dieser Koeffizient reagiert empfindlich auf Oberflächenrauigkeit, Vegetation und Bodenfeuchte. Gerade eine plötzliche Änderung dieses Rückstreukoeffizienten ermöglicht es uns, eine Überschwemmung unmittelbar nach ihrem Auftreten aus dem Weltraum zu kartieren.

Zwei identische Satelliten, die hintereinander fliegen, messen minimale Veränderungen der Erdanziehungskraft, die durch die Umverteilung von Wassermassen an der Oberfläche und im Untergrund verursacht werden. Genau diese Variation der Schwerkraft ermöglicht es Wissenschaftlern, die Veränderung des gesamten in einer Region gespeicherten Wassers mit einer Genauigkeit von wenigen Zentimetern Wasseräquivalent und einer räumlichen Auflösung von etwa 300 Kilometern zu schätzen.

Vegetation und Evapotranspiration werden mithilfe von Spektralindizes überwacht, die zusammenfassen, wie viel grüne, aktive Vegetation jeden Punkt der Oberfläche bedeckt. Zusätzlich werden Evapotranspirationsmodelle verwendet, die aus dem Weltraum dieselbe Oberflächenenergiebilanz anwenden, die bereits bei der Beschreibung der am Boden gemessenen Oberflächenflüsse beschrieben wurde.

Schließlich wird die Oberflächentemperatur aus dem von den Satelliten selbst erfassten thermischen Infrarotlicht ermittelt. Dabei werden Korrekturen sowohl für den Emissionsgrad der jeweiligen Oberfläche als auch für die Atmosphäre vorgenommen, die das Signal durchdringt, bevor es den Sensor erreicht. So ermöglicht die Satellitenfernerkundung – von der Bodenfeuchte am Anfang dieses Dokuments bis zur Oberflächentemperatur am Ende, über das synthetische Aperturradar zur Kartierung von Überschwemmungen bis hin zu den beiden Satelliten, die das Grundwasser aus dem Orbit messen – die kontinuierliche Beobachtung von Variablen, die zuvor nur punktuell am Boden gemessen werden konnten. Diese Daten können nun über den gesamten Planeten hinweg erfasst werden.

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