Lexikon der Fernerkundung

A  B  C  D  E  F  G  H  I  J  K  L  M  N  O  P  Q  R  S  T  U  V  W  X  Y  Z 

Liste der unter G erklärten Stichworte

Startseite - Index - Impressum

Startseite - Index - Impressum

G3OS

Engl. Akronym für (Three) Global Observing Systems; zusammenfassendes Kürzel für die drei globalen Umweltbeobachtungsprogramme GCOS, GOOS, GTOS der UN-Organisationen UNESCO, ICSU, UNEP und WMO.

GAIA

Wissenschaftliche Mission der ESA zur Astrometrie, mit der rund 1 Prozent der Sterne unserer Milchstraße astrometrisch, photometrisch und spektroskopisch mit sehr hoher Präzision vermessen werden soll. Das Ziel von GAIA ist die dreidimensionale Kartierung der Sterne unserer Galaxis. Diese Mission wird die wissenschaftlichen und technischen Erfahrungen der Hipparcos-Mission der ESA in den 1980er Jahren nutzen, die einhunderttausend Sterne mit hoher Präzision und über eine Million Sterne mit geringerer Genauigkeit katalogisierte. Die von Gaia gesammelten Messdaten werden es den Astronomen erlauben, besser als jemals zuvor zu verstehen, wo, wann und wie die Sterne entstanden sind und wie sie ihre Umgebung mit Materie anreichern, wenn sie sterben. Gaia wird mit bisher unerreichter Genauigkeit die Entfernungen (Parallaxen) und Bewegungen (Eigenbewegungen, Radialgeschwindigkeiten) von ungefähr einer Milliarde Sternen bestimmen, was den Astronomen ein klareres Bild von der Struktur und der Entwicklung unseres Milchstraßensystems geben wird. Man rechnet mit der Entdeckung Hunderttausender neuer Himmelskörper, wie z. B. extrasolarer Planeten und „gescheiterter Sterne“, so genannter Brauner Zwerge, ferner Supernovae und Quasare. Auch wird GAIA nach Hinweisen auf die Verteilung der mysteriösen Dunklen Materie suchen. Innerhalb unseres Sonnensystems wird Gaia außerdem Zehntausende Asteroiden identifizieren. Neben der Zusammensetzung unserer Milchstraße wollen die Wissenschaftler mit Gaia auch Wechselwirkungen mit anderen Galaxien wie den Magellanschen Wolken oder dem Andromeda-Nebel erforschen.

GAIA

Künstlerische Darstellung der Astrometrie-Sonde Gaia vor dem Band der Milchstraße. Gaia soll über einen Zeitraum von mindestens fünf Jahren mehr als eine Milliarde Sterne vermessen und ihre Positionen, Entfernungen, Eigenbewegungen, Helligkeit, Farben und Temperaturen bestimmen. Das ist ein Prozent der gesamten Sternpopulation der Galaxis. Zu mehr als 100 Mio. Sternen wird Gaia zudem Radialgeschwindigkeiten, also die Sternbewegung auf den Beobachter zu oder von ihm weg, und Sternspektren - die Aufspaltung der beobachteten Strahlung - ermitteln.
Es wird erwartet, dass Hunderttausende neuer Himmelskörper aufgespürt werden. Innerhalb unseres Sonnensystems sollen Zehntausende von Asteroiden identifiziert werden.

Ein zusätzlicher wissenschaftlicher Nutzen besteht in der Erkennung und Klassifizierung Zehntausender extrasolarer Planetensysteme sowie in der detaillierten Erfassung von Objekten. Hierzu gehören gigantische Mengen kleinerer Körper innerhalb unseres Sonnensystems, unsere Nachbargalaxien sowie etwa 10 Millionen Galaxien und 500.000 entfernte Quasare. Weiterhin sollen beweiskräftige neue Tests zur allgemeinen Relativität durchgeführt werden.

Zu größerer Darstellung Grafik anklicken - Quelle: DLR

 

GAIA wurde von Astrium gebaut und am 19. Dezember 2013 mit einer Sojus-Rakete von Kourou aus gestartet. GAIA wird in eine Umlaufbahn um die Sonne in 1,5 Millionen Kilometer Entfernung von der Erde gebracht und auf dem Lagrange-Punkt L2 stationiert, einem der fünf Lagrange-Punkt in unserem Sonne-Erdsystem. Lagrange-Punkte sind Gleichgewichtspunkte in unserem Sonnensystem, an denen sich Körper wie beispielsweise Satelliten, fest und vollkommen stabil im Weltraum positionieren lassen. Diese Punkte sind für Weltraummissionen zu astronomischen Observationszwecken von großer Bedeutung, da diese eine sehr hohe Richtstabilität erfordern.

Der Name Gaia leitet sich ab von dem Akronym für „Globales Astrometrisches Interferometer für die Astrophysik“. Er kennzeichnet die ursprünglich für dieses Teleskop geplante Technik der optischen Interferometrie. Inzwischen hat sich zwar das Messprinzip geändert, sodass das Akronym nicht mehr zutrifft. Trotzdem bleibt es bei dem Namen Gaia, um die Kontinuität in dem Projekt zu gewährleisten.
Gaia teilt sich in ein Nutzlast- und ein Servicemodul auf. Das Nutzlastmodul besteht aus zwei Teleskopen und drei Instrumenten. Das Servicemodul enthält das Antriebssystem und die Kommunikationssysteme.

Das Weltraumobservatorium ist über zwei Tonnen schwer, rund drei Meter groß und verfügt über zwei hochpräzise Teleskope und eine Kamera mit 106 einzelnen lichtempfindlichen CCD-Sensoren, die zusammengesetzt das bislang größte Focal-Plane-Array im Weltraum bilden. So sind auf einer Fläche von 0,38 m² knapp eine Milliarde Pixel zu finden. Das Observatorium beobachtet in jedem seiner zwei "Gesichtsfelder" im Schnitt 250 Sterne pro Sekunde. Insgesamt entsteht ein Datenberg von 1 Petabyte, das entspricht dem Speichervolumen von 200.000 DVDs. Die Messgenauigkeit der Sternpositionen für die hellsten Sterne ist dabei mit 10 bis 20 Mikrobogensekunden bis zu 100mal höher als bei der Vorläufer-Mission Hipparcos und entspricht der Auflösung einer Euro-Münze auf dem Mond. Zusammen mit der Erde soll Gaia die Sonne im Erdschatten zirka fünf Jahre lang umrunden und kontinuierlich messen.

Das Licht wird von zwei Teleskopen auf das Focal-Plane-Array gelenkt, auf denen zwei Primärspiegel im Winkel von 106,5°C zueinander montiert sind, die für ein großes Blickfeld sorgen. Trotz der geringen Abmessungen des Raumfahrzeugs – das Nutzlastmodul misst im Durchmesser 3,5 Meter – beträgt die effektive Brennweite der beiden Teleskope 35 Meter. Dahinter steckt eine raffinierte Methode, mit der das gebündelte Licht durch zehn Spiegel unterschiedlicher Größe und Form geleitet wird. Auf diese Weise kann Gaia Objekte „sehen“, die 400.000-mal schwächer leuchten als vom menschlichen Auge erkennbare Körper.

Mit den Daten von Gaias drei Bordinstrumenten für astrometrische, photometrische bzw. spektroskopische Messungen soll jeder kartierte Stern mit einer Fehlertoleranz von gerade einmal sechs Mikrobogensekunden lokalisiert werden. Dies entspricht, von der Erde aus betrachtet, einer etwa pfenniggroßen Münze auf dem Mond.

Eine extreme Stabilität ist ausschlaggebend für derart genaue Beobachtungen und war daher entscheidend in der Werkstofffrage: Astriums entschied sich für Siliziumcarbid (SiC), ein keramisches Material zweimal so steif wie Stahl, ultraleicht und bemerkenswert widerstandsfähig gegen Ausdehnung und Kontraktion bei Temperaturveränderungen. SiC ist das einzige Material, das ein stabiles und leichtes Raumfahrzeug mit hoher Lebensdauerermöglicht; Gaia wird das größte Weltrauminstrument aus Keramik sein, das jemals zum Einsatz kam. Die SiC-Technologie wird bereits bei Herschel und Aladin, ebenso wie auf drei Erdbeobachtungssatelliten (Formosat, Theos und Alsat-2) genutzt.

Zum Schutz gegen Vibrationen weist der Satellit praktisch keinerlei bewegliche Bauteile auf, sogar seine Antenne zur Kommunikation mit der Erde wird elektronisch statt mechanisch ausgerichtet. Da der übliche chemische Antrieb somit ausschied, wurde eigens für diese Mission zur genauen Lageregelung ein komplett neues, stickstoffbetriebenes Kaltgas-Triebwerk mit Mikroschubdüsen entwickelt, dessen Kraft sich im Mikronewton-Bereich bewegt. Würde man damit ein Blatt Papier tragen wollen, bräuchte man 1.000 dieser Mini-Triebwerke.

  GAIA - Relativität auf dem Prüfstand

Der von Astrium gefertigte Astrometrie-Satellit wird nicht nur eine dreidimensionale Karte unserer Galaxie erstellen, sondern auch Einsteins Relativitätstheorie so genau wie noch nie zuvor belegen.

Die Gaia-Mission wurde 1993 vom schwedischen Astronom Lennart Lindegren der Universität Lund vorgeschlagen. Als einer der weltweit bedeutendsten Astronomie-Experten betont Lindegren, dass Gaia zudem Einsteins Relativitätstheorie, der zufolge Materie die Raum-Zeit-Krümmung bedingt, mit bislang ungekannter Präzision belegen wird. Selbst Lichtstrahlen werden gekrümmt, wenn sie auf Festkörper wie die Sonne treffen. „Gaia wird dieses Phänomen genauer als je zuvor erfassen und außerdem die Ablenkung von Lichtstrahlen durch den Jupiter, die Erde und andere Planeten beobachten“, so Lindegren. „Wir hoffen, dass diese Messdaten Einsteins allgemeine Relativitätstheorie und somit auch unser gegenwärtiges Verständnis der Raumzeit bestätigen. Es ist ein Prinzip der Wissenschaft, anerkannte Theorien immer wieder aufs Genaueste zu überprüfen, und Gaia wird in dieser Hinsicht strenge Maßstäbe anlegen“, sagt Lindegren.

Zu größerer Darstellung Grafik anklicken.
Quelle: Astrium

 

Weitere Informationen:

Galileo

1. Raumsondenmission
Bezeichnung für die Raumsondenmission der NASA zum Jupiter. Die Raumsonde wurde 1989 vom Space Shuttle Atlantis ausgesetzt, reiste 6 Jahre durch das Sonnensystem zum Jupiter, umkreiste ihn nahezu 8 Jahre lang und verglühte am 21. September 2003 in seiner dichten Atmosphäre. Insgesamt legte sie 4.631.778.000 km zurück.
Galileo bestand aus einem Orbiter und einer von ihm abtrennbaren Eintauchsonde (Jupiter Orbiter Probe), die 1995, kurz nach Erreichen einer Umlaufbahn um den Saturn in dessen Atmosphäre eindrang, Messungen vornahm und programmgemäß verglühte.

Galileo vor Jupiter Galileo vor Jupiter Links: Galileo über dem Jupiter

Rechts: Bildergalerie der Galileo-Mission, auf Originalseite anklickbar



Zu größerer Darstellung Grafiken anklicken.

Quelle: http://solarsystem.nasa.gov/galileo/gallery/index.cfm

Die zehn Instrumente von Galileo lieferten hochaufgelöste Oberflächenbilder und darüber hinaus eine Vielfalt neuer Erkenntnisse. Man versteht den differenzierten Aufbau und die unterschiedliche Entwicklung der Eismonde Europa, Ganymed und Callisto wesentlich besser als nach den Vorbeiflügen von Voyager. Unter den eisigen Oberflächen der Monde Europa, Ganymed und möglicherweise auch Callisto wurden salzige Wasserozeane entdeckt, verbunden mit Spekulationen über mögliche einfache Lebensformen in diesen Meeren. Ferner stellte man bei dem größten Jupitermond Ganymed ein eigenes Magnetfeld fest. Galileo bestätigte, dass Io der vulkanisch aktivste Mond im Sonnensystem ist und sein silikatisch-schwefeliger Vulkanismus so heiß ist, wie es auf der Erde vor zwei bis drei Milliarden Jahren der Fall gewesen sein könnte.

Jupiters langlebige Weiße Ovale in Falschfarbendarstellung

Jupiter's White Ovals

Zu größerer Darstellung anklicken. - Quelle: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00857

Ovale Wolkensysteme dieser Art sind oft verbunden mit chaotischen zyklonalen Systemen wie hier der ballonförmige Wirbel, den man zwischen den gut ausgebildeten Ovalen sieht. Das Zentrum dieses Systems liegt bei 30 Grad Süd und 100 Grad West, und es rotiert im Uhrzeigersinn um sein Zentrum. Die ovalen Wirbel in der oberen Hälfte des Bildes sind zwei der langlebigen Weißen Ovale, die sich südlich des Roten Flecks in den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts bildeten, und die wie der Rote Fleck gegen den Uhrzeigersinn rotieren. Die Ost-West-Erstreckung des linken Weißen Ovals beträgt 9.000 km. Die Weißen Ovale treiben relativ zueinander in longitudinaler Richtung und beengen zum Aufnahmezeitpunkt die zyklonale Struktur.
Das Bild entstand mit Hilfe der drei Wellenlängenbereiche im Nahen Infrarot der bildgebenden Kamera auf Galileo (756 nm, 727 nm und 889 nm, wiedergegeben als rot, grün und blau). Sie zeigen die unterschiedliche Höhe und Mächtigkeit der Wolken. Hellblaue Wolken sind hoch und dünn, rötliche Wolken sind tiefliegend, und weiße Wolken sind hoch und dick. Die Wolken und der Dunst über den Weißen Ovalen sind hoch und reichen bis in die Stratosphäre des Jupiter. Über der zyklonalen Struktur fehlt der hochliegende Dunst. Dunkles Purpur repräsentiert wahrscheinlich hochliegenden Dunst, der über einer tieferen klaren Atmosphärenschicht liegt. Galileo ist das erste Raumfahrzeug, das Wolkenschichten auf Jupiter unterscheiden kann.
Dieses und weitere Bilder wurden am 19. Februar 1997aus einer Entfernung von 1,1 Mill. km aufgenommen mit Hilfe des Systems Solid State Imaging (CCD) an Bord von NASAs Galileo-Raumfahrzeug.

Weitere Informationen: Galileo, Journey to Jupiter - Startseite (NASA)

2. Satellitennavigationssystem
Im Aufbau befindliches europäisches Satellitennavigations- und Positionsbestimmungssystem, das gemeinsam von ESA und Europäischer Union finanziert wird. Galileo wurde ursprünglich nur für zivile Zwecke konzipiert und unterliegt, anders als NAVSTAR-GPS und GLONASS, nicht einer nationalen militärischen Kontrolle. Galileo wird aber, durch die vom Europäischen Parlament im Juli 2008 verabschiedete Entschließung zu den Themen Weltraum und Sicherheit, für Operationen im Rahmen Rahmen der Europäischen Sicherheits- und Verteidigungspolitik (ESVP) „zur Verfügung stehen“.

Folgende Staaten außerhalb der Europäischen Union beteiligen sich ebenfalls: China, Indien, Israel, Marokko, Saudi-Arabien, Schweiz, Norwegen, Südkorea, Ukraine. Weitere Staaten verhandeln über eine Teilnahme. Die USA standen und stehen Galileo skeptisch gegenüber, vor allem im Hinblick auf die Gefahren einer unkontrollierten militärischen Nutzung. Bedenken bezüglich einer technischen Beeinflussung des NAVSTAR-GPS-Systems konnten inzwischen ausgeräumt werden.

Galileo basiert auf 30 Satelliten (27 plus drei Ersatz), die die Erde in einer Höhe von etwa 23.260 km mit 3,6 km/s umkreisen, und einem Netz von Bodenstationen, die die Satelliten kontrollieren. Empfänger in der Größe einer Computer-Maus können aus den Funksignalen der Satelliten die eigene Position mit einer Genauigkeit von ungefähr vier Metern bestimmen. Bei Verwendung von Zusatzinformationen und/oder -diensten lässt sich ähnlich wie bei anderen satellitengestützten Navigationssystemen (GNSS) die Positionsgenauigkeit in den Zentimeterbereich steigern.

Satelliten der Galileo-Flotte Satelliten der Galileo-Flotte Quelle: ESA Technische Daten
Galileo-Konstellation Galileo-Konstellation Quelle: ESA

30 Satelliten umkreisen die Erde auf drei Bahnebenen mit einer Inklination von 56° in einer Walker-Konstellation (27/3/1). Pro Bahnebene sind neun Satelliten vorgesehen plus zusätzlich ein Reservesatellit. Sie haben einen Abstand von 40° mit einer Abweichung von maximal 2°, entsprechend 1000 km. Bei einer Höhe von 23.222 km über der Erdoberfläche benötigen die Satelliten etwa 14 Stunden für einen Umlauf. Nach 17 Umläufen oder 10 Tagen wiederholt sich das Muster der Bodenspur.

Die vorgesehene Flotte von 30 Satelliten wird mit hochpräzisen Rubidium- und Wasserstoffmaser-Atomuhren ausgestattet. Der einzelne Satellit sendet ein Signal, mit dem er seine genaue Position übermittelt, und die Zeit, zu der das Signal gesendet wird. Der Empfänger - ob im Ruhezustand oder in Bewegung - kann nun die Zeit bestimmen, die das Signal benötigt hat, um ihn zu erreichen und so seine Entfernung zum Satelliten errechnen (Einweg-Laufzeitmessung). Dazu sind Signale von mindestens vier Satelliten nötig, da es vier Unbekannte gibt: Position (x, y, z) und die Empfängerzeit (t). Die Position der Satelliten ist dem Empfänger durch Ephemeriden bekannt.

Das System wird Informationen bezüglich der Position von Nutzern aus bestimmten Sektoren liefern können, z.B. dem Verkehrswesen (Fahrzeugortung, Geschwindigkeitskontrolle, Verkehrsleitsysteme), Sozialdiensten (Hilfe für Behinderte oder Senioren), Justiz- und Zollkontrollwesen (Aufspüren von Verdächtigen, Grenzüberwachung), Rettungswesen oder Freizeitbereich. In der Kombination von mobiler Telekommunikation, Informationsdiensten und Navigation liegen außerordentliche Marktpotenziale.

Galileo wird mit dem bestehenden amerikanischen (NAVSTAR-GPS) und dem russischen (GLONASS) System kompatibel sein (Interoperabilität). Künftige Geräte sollen beide Signale kombinieren können und damit eine noch genauere Positionsbestimmung zu ermöglichen.
Das europäische System ist vorwiegend auf die Bedürfnisse ziviler Nutzer zugeschnitten. Im Gegensatz zum amerikanischen NAVSTAR-GPS kann mit Galileo zukünftig die Verfügbarkeit eines Signals garantiert werden, mit dem sich die Position bis auf wenige Meter genau bestimmen lässt. Beim amerikanischen System funktionierte dies in Kriegszeiten nicht, da die Militärs dann das Signal entweder stark vergröberten oder ganz ausschalteten.

Dennoch ist Galileo nicht alleine als Konkurrenzprodukt zum GPS zu verstehen. Vielmehr sollen sich GPS und Galileo zum Globalen Navigationssatellitensystem (GNSS-2) ergänzen. Zukünftige Endgeräte werden in der Lage sein, die Signale beider Satellitensysteme zu verarbeiten und ermöglichen so auch eine Positionsbestimmung unter schwierigen Bedingungen, beispielsweise in engen Hochgebirgstälern oder in den Häuserschluchten der Großstädte.

Die verschiedenen Galileo-Dienste im Überblick:

  • Der Open Service (OS) zielt auf die Massenanwendungen, etwa auf Navigationssysteme in PKW. Die Signale des OS können kostenlos empfangen werden, von jedem der über ein geeignetes Endgerät verfügt. Bereits dieses kostenlose Signal wird eine weitaus genauere Positionsbestimmung ermöglichen, als sie derzeit mit GPS-Endgeräten möglich ist.
  • Der Safety-of-Life Service (SoL) soll vor allem für sicherheitskritische Transportanwendungen zur verfügung gestellt werden, beispielsweise für die Steuerung des Flug- oder Bahnverkehrs. Der zertifizierte SoL-Service wird nur mit speziellen ebenfalls zertifizierten Endgeräten nutzbar sein. Der Galileo-Betreiber wird die ständige Verfügbarkeit und hohe Präzision des SoL-Signals garantieren.
  • Der Commercial Service (CS) zielt auf Anwender, die eine höhere Präzision benötigen als sie der Open Service erbringt. Mithilfe zweier zusätzlicher codierter Korrektursignale, die kostenpflichtig sind, soll eine extrem genaue Positionsbestimmung ermöglicht werden.
  • Der Public Regulated Service (PRS) für hoheitliche Anwendungen zeichnet sich durch ein extrem robustes und störsicheres Signal aus.
  • Der Search and Rescue Service (SAR) dient der Übertragung von Positions- und Zeitinformationen eines Notrufsenders an eine Rettungsleitstelle, sowie der Rückbestätigung der Leitstelle an den Empfänger.

Die Planungs- und Definitionsphase schloss mit dem Start und der Inbetriebnahme zweier Testsatelliten und der zugehörigen Bodenstationen im Januar 2006 ab. Der Test der Sendefrequenzen musste vor dem 10. Juni 2006 erfolgen, weil sonst die Reservierung für die Galileo-Frequenzbänder bei der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) verfallen wäre. Mit der Entwicklung, Start und Test von vier Galileo-Satelliten (In Orbit Validation, IOV) endet die zweite Phase 2011.

Der erste Testsatellit GIOVE-A1 (Galileo In-Orbit Validation Element) wurde am 28. Dezember 2005 vom Raumfahrtzentrum in Baikonur (Kasachstan) gestartet. Das erste Navigationssignal übertrug GIOVE-A zu Testzwecken am 2. Mai 2007. GIOVE-B, der zweite Testsatellit, wurde am 26. April 2008 ebenfalls vom Kosmodrom Baikonur gestartet. Als neue Nutzlast verfügt er über Laser-Retroreflektoren für die exakte Bahnvermessung und eine hochgenaue passive Wasserstoff-Maser-Atomuhr. Am 7. Mai 2008 sendete er die ersten hochgenauen Navigationssignale.

Am 4. Februar 2011 begann die erste große Testphase. Der deutsche Bundesverkehrsminister nahm in Berchtesgaden die erste europäische Testregion in Betrieb. Das Projekt GATE ermöglicht den Test von Galileo-Empfängern. Es betreibt im Raum Berchtesgaden terrestrische Funkanlagen, die Signale aussenden, wie sie später von Galileo erwartet werden. Entwickler führten ab da Praxistests unter realen Einsatz- und Umgebungsbedingungen durch.


Quellen: DLR / GfR
Links: Galileo-Satelliten an Bord der Sojus

Die beiden operationellen Satelliten des europäischen Satelliten-Navigationssystems Galileo (Galileo-IOV FM3 und FM4) an Bord einer Sojus-Rakete der Variante ST-B mit einer Oberstufe des Typs Fregat-MT.


Rechts: Galileo-Kontrollzentrum beim DLR in Oberpfaffenhofen

Die DLR Gesellschaft für Raumfahrtanwendungen (GfR) mbH ist ein Unternehmen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR e.V. Seit 2008 führt die Firma mit etwa 50 Mitarbeitern als GmbH unter industriellen Rahmenbedingungen Projekte im Raumfahrtbereich mit Schwerpunkt satellitengestützter Navigation durch. Sitz der Gesellschaft ist Oberpfaffenhofen, Bayern. Hier befindet sich ein Herzstück des Galileo-Projektes, das Galileo Kontrollzentrum Oberpfaffenhofen.

 

In der dritten Phase, der Errichtungsphase, wird das System fertiggestellt. Die ersten zwei Satelliten (In Orbit Validation IOV) wurden am 21. Oktober 2011 mit dem ersten Start einer Sojus-ST-Rakete vom europäischen Weltraumzentrum in Französisch-Guayana ins All gebracht.Dies war gleichzeitig der erste Start einer russischen Trägerrakete von einem Weltraumbahnhof der ESA. Zwei weitere Satelliten sind am 12. Oktober 2012 – wiederum mit einer Sojus-Rakete – von Kourou aus gestartet, um die Validierungsphase des Galileo-Programms abzuschließen.
Als Kosten für den Aufbau von Galileo waren ca. 3,5 Milliarden Euro veranschlagt, für den Betrieb des Systems rund 220 Mio €/a. Die Einhaltung dieser Summen ist zweifelhaft.
Zwischenstaatliche Unstimmigkeiten und Konflikte zwischen politischer Ebene und Herstellerkonsortium verzögern den Zeitplan und bedingen andere Kalkulationen (2007), z.B. über Restgelder aus dem EU-Agrarhaushalt.

Weitere Informationen:

GARS

Engl. Akronym für Geological Application of Remote Sensing; ein gemeinsames Programm von UNESCO und IUGS, das seit 1983 die Nutzung der Fernerkundung in den Geowissenschaften und im Vermessungswesen fördert. GARS bringt die internationale Kooperation auf diesem Feld voran, vor allem zwischen Industrie- und Entwicklungsländern. Die Ziele von GARS sind

  • beispielhaft zu demonstrieren, welchen Nutzen moderne Techniken der Fernerkundung für geologische Fragestellungen besitzen;
  • durch gemeinsame Feldforschung zum Technologietransfer in die Entwicklungsländer beizutragen und
  • dafür zu sorgen, dass Daten und Forschungsergebnisse möglichst weltweit zugänglich werden.

GARS ist vor allem ein Katalysator von Kooperationen zwischen geowissenschaftlichen Forschungsinstituten und Raumfahrtbehörden. Daten werden derzeit kostenlos von der US-amerikanischen, der japanischen, der kanadischen und der europäischen Raumfahrtbehörde bereit gestellt. In Deutschland haben sich insbesondere Experten der Bundesanstalt für Geowissenschaft und Rohstoffe (BGR) in Hannover in das GARS-Programm eingebracht. In GARS-Projekte zugunsten von Entwicklungsländern werden immer Partnerorganisationen aus dem Zielland eingebunden.

GARS ist in Phasen strukturiert, derzeit läuft die vierte Phase.

  • In Phase I wurden von 1984 bis 1988 Methoden entwickelt, um geologische Karten der tropischen Gebiete Ostafrikas auf der Basis von mit verschiedenen Sensoren gewonnenen Daten der Fernerkundung zu erstellen.
  • In Phase II von 1989 bis 1992 wurden Lawinengefahren in den Anden mit Hilfe von Satellitendaten und Radarinformation kartiert.
  • In Phase III von 1995 bis 2001 wurden vulkanische Aktivitäten auf den Philippinen sowie mögliche Maßnahmen zur Milderung ihrer Folgen erforscht.
  • Die laufende Phase IV von GARS steht im Kontext der globalen Initiativen zur Umweltbeobachtung IGOS und GEOSS. GARS erstellt darin Übersichten über Geo-Risiken und über Grundwasserressourcen in Afrika und im Nahen Osten. Zum Thema Grundwasserressourcen bzw. Hydrogeologie besitzt UNESCO eine besonders hohe Kompetenz, dank ihres bewährten „Internationalen Hydrologischen Programms“.

Seit der Jahrtausendwende werden verstärkt neue Fernerkundungstechniken wie etwa Laserscan-Methoden, Radardateninterpretation und digitale Landschaftsvermessung genutzt. Damit erreicht das GARS-Programm eine neue Qualität.

Weitere Informationen:

Gauß-Kurve

Syn. (Gaußsche) Normalverteilung, nach C.F. Gauß (1777-1855) benannte, aber schon früher definierte Häufigkeitsverteilung bzw. Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, welche die Form einer symmetrischen Glockenkurve besitzt und dieser Funktion folgt:

Gauß-Formel

µ=Mittelwert
σ=Standardabweichung des betreffenden Datensatzes

Für µ=0 und σ=1 geht die Gauß-Kurve in die standardisierte Normalverteilung über, die man in der Statistik-Literatur tabelliert vorfindet. Die Gauß-Kurve findet allgemein und speziell in den Geowissenschaften häufige Anwendung, u.a. bei der Fehlerrechnung.

Gauß-Kurve Gauß-Kurve

 

 

Gaußsche Normalverteilung bei verschiedenen Werten der Standardabweichung σ. Die gepunktete Linie ist hinsichtlich der Gauß-Kurve σ=1 jeweils die Tangente an den Wendepunkten (kleine ausgefüllte Kreise), sie schneidet die Abszisse jeweils im Abstand 2σ vom Mittelwert µ.

 

 

 

Quelle: Lexikon der Geowissenschaften
 
GCOM-W (SHIZUKU)

Engl. Akronym für Global Change Observation Mission - Water, die japanische Bezeichnung bedeutet 'Tropfen', oder 'Tau'. GCOM besteht aus zwei Serien von der JAXA entwickelten Satelliten: GCOM-W, mit denen Veränderungen im Wasserkreislauf beobachtet werden und GCOM-C, mit dem man Klimaveränderungen erfassen will.

Der im Mai 2012 vom japanischen Startzentrum Tanegashima an der Spitze einer Rakete des Typs H-IIA in den Weltraum gestartete GCOM-W1 ist die erste Einheit dieser Reihe. Der rd. 1.880 kg schwere Satellit ist auf die Überwachung großer Wasserflächen sowie Schnee spezialisiert. Dazu ist er mit einem hochentwickelten Mikrowellenradiometer (Advanced Microwave Scanning Radiometer 2, AMSR-2) ausgestattet, das die unter ihm liegenden Flächen mit einer Schwadbreite von 1.450 km abtastet. Eine 2 Meter durchmessende Antenne soll 5 Jahre ununterbrochen rotieren und von Wasserflächen reflektierte Mikrowellenstrahlung bodengestützter Systeme in 6 Bereichen zwischen 7 und 89 GHz erfassen. Daraus sollen sich Angaben über Niederschläge, Wasserdampfkonzentration, Windgeschwindigkeiten, Meereswassertemperaturen, Wasserstände und Schneehöhen gewinnen lassen. Aufgrund der Stärke der emittierten Mikrowellen ist das AMSR-2 in der Lage, die Meereswassertemperatur auf ein halbes Grad genau zu messen. Mit diesen Eigenschaften wird AMSR-2 auch zum Monitoring von El Niño und La Niña beitragen.

AMSR-2 und die gewählte annähernd kreisförmige sonnensynchrone Umlaufbahn des Satelliten in rund 710 Kilometern über der Erdoberfläche mit einer Neigung von 98,2 Grad gegen den Erdäquator ermöglichen es, über 99 Prozent der Erdoberfläche alle zwei Tage abzutasten. Die Auslegung des rotierenden Antennensystems erfolgte so, dass es bei einem Einsatz rund um die Uhr mit einer Drehgeschwindigkeit von einer Umdrehung alle 1,5 Sekunden über fünf Jahre Dauerbetrieb ohne Unterbrechung überstehen soll.

GCOM-W1 ist Teil einer Satellitenformation, die als der “A-Train” bekannt ist. Das sind ausschließlich Umwelt-Forschungssatelliten mit unterschiedlichsten Aufgaben und von unterschiedlichen Ländern, die auf der gleichen Bahn im Abstand von nur wenigen Minuten (manche sogar nur Sekunden) hintereinander fliegen. Derzeit besteht der A-Train aus Satelliten der NASA und der CNES. Shizuku ist Japans erster Beitrag dazu. Sinn des A-Trains ist es, besondere Phänomene auf der Erde mit einer möglichst großen Anzahl an Instrumenten und nahezu gleichzeitig beobachten zu können. Der A-Train bewegt sich in einer Umlaufbahn bei einer Inklination von 98,2 Grad und in einer Höhe 700 Kilometern.

Weitere Informationen:

GCOS

s. Global Climate Observing System

Gegenstrahlung

Engl. downward atmospheric radiation, franz. rayonnement opposé; nach DIN 18716 "Teil der infraroten Strahlung, die von absorbierenden atmosphärischen Gasen zur Erde zurückgesandt wird". Folgende Anmerkung ist beigefügt: "Die Gegenstrahlung bezieht sich üblicherweise auf einen Wellenlängenbereich zwischen 3 μm und 100 μm."

gekoppeltes System

Zwei oder mehr Prozesse, die sich gegenseitig beeinflussen.

Geländedaten

s. ground truth

GEO
  1. Engl. Akronym für Geostationary Earth Orbit, geostationäre Umlaufbahn; Typ von Umlaufbahn für Satelliten in 35.768 km Höhe über dem Äquator, die für den Betrachter auf der Erde über dem Horizont feststehen (geostationär erscheinen), da die Satelliten auf dieser Bahn die Erde genauso schnell umrunden, wie sie sich selber dreht. Satellitenantennen, die auf einen Satelliten auf dieser Umlaufbahn gerichtet sind, brauchen daher diesem Satelliten nicht zu folgen und können starr montiert werden. Diese Bahn wird auch Clarke-Orbit genannt. Mit drei Satelliten auf einer GEO ist daher eine Versorgung nahezu der gesamten Erdoberfläche möglich. Eine Ausnahme bilden die Pole, da zur Funkversorgung eine Elevation von ca. 10 Grad notwendig ist. Diese Art von Bahn wird z.B. von den aktuellen Inmarsat-Systemen genutzt. Aktuell umkreisen ca. 320 Satelliten die Erde auf der GEO. Die Position eines Satelliten auf der Umlaufbahn wird auch Slot oder Orbital-Slot genannt. Die Positionen werden durch die internationale Organisationen wie der ITU zusammen mit nationalen Organisationen verwaltet. Eine Position wird durch eine Angabe in Grad definiert. Dabei gilt, dass die gesamte Bahn einen Umfang von 360 Grad hat. Durch die wachsende Zahl von Satelliten zusammen mit verbesserter Technik ist es notwendig und möglich geworden, den von einem Satelliten benötigten Platz auf der GEO immer weiter zu verringern. Für moderne Satelliten werden nur noch 2 Grad benötigt. Die Inklination liegt (weil Kreisbahn) bei 0 Grad.

  2. Engl. Akronym für Group on Earth Observations; zwischenstaatliche Organisationstruktur zur Koordinationsoptimierung von Strategien und Systemen zur Erdbeobachtung. Beteiligt sind z.Z. (2012) 87 Länder und die Europäische Kommission. Zusätzlich sind 64 Organisationen mit einem Mandat zur Erdbeobachtung als 'Participating Organizations' anerkannt. Entwicklungsländern soll der Zugang zu Erdbeobachtungsdaten erleichtert und ihre Nutzungskompetenz ausgebaut werden. Ziel ist, bestehende in situ-Beobachtungsnetze mit luftgetragenen und weltraumbasierten Plattformen zu verbinden, um letzlich ein globales Erdbeobachtungssystem der Systeme (GEOSS) zu schaffen.

Weitere Informationen:

Geobasisdaten

Geobasisdaten sind grundlegende amtliche Geodaten, welche die Landschaft (Topographie), die Grundstücke und die Gebäude anwendungsneutral beschreiben. Neben den Geobasisdaten gibt es die Geofachdaten. Geofachdaten alleine sind ohne Geobasisdaten nicht oder nur schwer interpretierbar, weil eine eindeutige räumliche Zuordnung fehlt. Thematische Karten oder entsprechende Datensätze sind ein Beispiel für die Kombination von Geobasis- mit Geofachdaten.

Die Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der Länder der Bundesrepublik Deutschland (AdV) hat 2005 die nachfolgende Definition beschlossen: "Geobasisdaten sind Daten des amtlichen Vermessungswesens, welche die Landschaft, die Liegenschaften und den einheitlichen geodätischen Raumbezug anwendungsneutral nachweisen und beschreiben. Sie sind Grundlage für Fachanwendungen mit Raumbezug."

Geodäsie

Griech. Erdteilung; eine Disziplin der Geowissenschaften mit umfangreichen Anwendungen (angewandte Geodäsie) in der Praxis von Wirtschaft (Ingenieurgeodäsie), Verwaltung und Gesellschaft (Vermessungs-, Karten-, Liegenschaftswesen, Geographische Informationssysteme), das bergmännische Vermessungswesen (Markscheidewesen) und das Seevermessungswesen.
Ein großer Teil der praktischen Aufgaben wird am besten wiedergegeben durch die Definition von F. R. Helmert (1880): "Die Geodäsie ist die Wissenschaft von der Ausmessung und Abbildung der Erdoberfläche", worin auch die kartographische Darstellung und Geoinformationssyteme eingeschlossen sind. Die physikalischen Aspekte kommen besonders in der Aussage von E. H. Bruns (1878) zum Ausdruck: "Das Problem der wissenschaftlichen Geodäsie ist die Ermittlung der Kräftefunktion der Erde", womit das Vektorfeld der Erdschwerkraft, der Resultierenden aus Anziehungs- und Fliehkraft, gemeint ist. Eine wichtige Aufgabe der Geodäsie ist die "Bestimmung der Erdfigur", wobei definiert werden muss, was unter "Erdfigur" verstanden werden soll. Man kann darunter die topographische Oberfläche in ihrer Gesamtheit und Detailliertheit des Reliefs verstehen oder das Geoid als eine ausgewählte Äquipotentialfläche (Niveaufläche) des Erdschwerefeldes. Weitere Möglichkeiten vorwiegend geometrischer Art sind Ellipsoide mit unterschiedlichen Eigenschaften oder Sphäroide als vorwiegend physikalische Modelle.

Das geodätische Meßwesen ist Jahrtausende alt. Es entwickelte sich hauptsächlich aus der Geometrie und schuf selbst viele ihrer Grundlagen; eine andere Wurzel liegt in der mathematischen Geographie. Zu unterscheiden sind bei den metrologischen Aspekten der Geodäsie zwei Grundrichtungen: die mehr physikalische bei der Bestimmung der Parameter des Erdschwerefeldes und die mehr geometrische bei der Ausmessung der Erdoberfläche. Die Methoden zur Bestimmung von Schwerefeldparametern sind Methoden der Gravimetrie, die in ihrer Genauigkeit gesteigert und für globale Anwendung weiterentwickelt wurden. Neue Möglichkeiten erschlossen sich mit der Entwicklung von Absolutgravimetern und Gradiometern sowie von Geräten zum Einsatz in Flugzeugen und auf Schiffen. Äquipotentialflächen der Schwerkraft lassen sich als inverses Problem durch die Lösung von Randwertaufgaben aus geeignet reduzierten gemessenen Schwerewerten ableiten, heutzutage insbesondere auch mit Hilfe der Methoden der Satellitengeodäsie, da die Bahnen der künstlichen Erdsatelliten sowohl Anomalien des Erdschwerefeldes als auch die Lage des Massenmittelpunktes der Erde widerspiegeln und damit dessen Nutzung als Ursprung des globalen geozentrischen Koordinatensystems möglich machen.

Geodäsie - Collage der Messmethoden Geodäsie - Collage verschiedener Messtechniken

Laser, Gravimetrie, GPS, VLBI (Very Long Baseline Interferometry)



Quelle: BKG

 

Die Erkenntnisse der Geodäsie werden in verschiedener Form abgebildet: als mathematisch-physikalische Modelle, mit Ausdrucksmitteln der Kartographie, zunehmend auch in Dateien und Geographischen Informationssystemen, für die sie zugleich die Raumordnung bereitstellen. Damit bieten sie die Grundlage für räumliche Zuordnungen von Erkenntnissen und Daten zahlreicher Zweige von Wissenschaft, Wirtschaft und Verwaltung. Geodätische Erkenntnisse sind Eingangsgrößen in weitere Erkenntnisprozesse einerseits der Geodäsie selbst und andererseits der benachbarten Geowissenschaften, z.B. Geologie: globale Plattentektonik, Intraplattentektonik, lokale Erdkrustenbewegungen, Geophysik: Massen- und Dichteverteilungen in Erdmodellen, Festerdegezeiten und deren räumliche Anomalien (Viskosität), Erdkrustenbewegungen, Erdrotationsschwankungen und Schwereänderungen als Vorboten bzw. Konsequenzen von Erdbeben, Koppelung zwischen Erdkern- und -mantelrotation, Ozeanographie: Struktur von Äquipotentialflächen der Schwerkraft und Relief in Meeresgebieten.

Weitere Informationen:

Geodaten

Raumbezogene Daten der Erdoberfläche, der Lithosphäre und Atmosphäre bis hin zu fachthematischen Sachverhalten aus Wirtschaft, Recht, Verwaltung u.ä. Sie beschreiben Objekte der Realität durch geometrische und inhaltliche Attribute. Geodaten lassen sich z.B. mit Geographischen Informationssystemen erfassen, speichern und weiterverarbeiten. Wichtigstes Kriterium von Geodaten ist der Raumbezug, der i.d.R. auf zwei- oder dreidimensionalen Koordinaten beruht. Grundlage für Geodaten ist in Deutschland u.a. das Amtliche Topographisch-Kartographische Informationsssystem (ATKIS).

In der Geoinformatik beschreibt man mit Geodaten die Eigenschaftswerte von Geoobjekten in Form von Ziffern und Zeichen zur computergerechten Verarbeitung.
Geodaten lassen sich über den Raumbezug miteinander verknüpfen, woraus insbesondere unter Nutzung von GIS- Funktionalitäten wiederum neue Informationen abgeleitet werden können.
Auf und mit ihnen lassen sich Abfragen, Analysen und Auswertungen für bestimmte Fragestellungen durchführen. Geodaten sind als Ware im Geodatenmarkt anzusehen. Geodaten lassen sich in zwei große Teilkomplexe aufteilen, nämlich die Geobasisdaten und die Geofachdaten.
Geobasisdaten sind eine Teilmenge der Geodaten. Zu ihnen zählen insbesondere die Daten der Vermessungsverwaltung, die als Grundlage für viele Anwendungen geeignet sind. Speziell umfaßt der Geobasisdatensatz die vorhanden Daten als ALK, ALB und ATKIS sowie die bisher separat geführten DGM und die gescannten topographischen Kartenwerke. Zukünftig zählen hierzu auch die Bilddaten wie Orthophotos, Luft- und Satellitenbilder.
Geofachdaten (oder Fachdaten) sind die in den jeweiligen Fachdisziplinen erhobenen Fachdaten.

Man differenziert ferner in:

  • Primärdaten: beruhen auf Messungen oder Erhebungen und wurden durch den Nutzer noch nicht (wesentlich) aufbereitet
  • Beispiele: On-Screen-Digitalisierung, Scannen einer Rastergrafik und Transformation in ein Bezugssystem (zweidimensionale Lagekoordinaten), GPS-Messungen (dreidimensionale Lagekoordinaten)
  • Sekundärdaten: die aus den Primärdaten abgeleiteten und aufbereiteten Daten
  • Beispiele: Geländemodelle, thematische oder topographische Karten
  • Metadaten: beschreibende Informationen, u.a. zur Mess- oder Erhebungsmethode, zum Beobachtungsgebiet, zur Datenqualität, zur Ermöglichung, Geodaten in Verzeichnisse aufzunehmen und zu nutzen etc.

Nach dem GeoZG sind Geodatendienste vernetzbare Anwendungen, welche Geodaten und Metadaten in strukturierter Form zugänglich machen. Dies sind im Einzelnen:

  1. Suchdienste, die es ermöglichen, auf der Grundlage des Inhalts entsprechender Metadaten nach Geodaten und Geodatendiensten zu suchen und den Inhalt der Metadaten anzuzeigen,
  2. Darstellungsdienste, die es zumindest ermöglichen, darstellbare Geodaten anzuzeigen, in ihnen zu navigieren, sie zu vergrößern oder zu verkleinern, zu verschieben, Daten zu überlagern sowie Informationen aus Legenden und sonstige relevante Inhalte von Metadaten anzuzeigen,
  3. Dienste, die das Herunterladen und, wenn durchführbar, den direkten Zugriff auf Kopien von Geodaten ermöglichen (Downloaddienste),
  4. Transformationsdienste zur geodätischen Umwandlung von Geodaten.

Als Geodateninfrastruktur bezeichnet das Gesetz eine Infrastruktur bestehend aus Geodaten, Metadaten und Geodatendiensten, Netzdiensten und -technologien, Vereinbarungen über gemeinsame Nutzung, über Zugang und Verwendung sowie Koordinierungs- und Überwachungsmechanismen, -prozesse und -verfahren mit dem Ziel, Geodaten verschiedener Herkunft interoperabel verfügbar zu machen.

Ein Geoportal ist eine elektronische Kommunikations-, Transaktions- und Interaktionsplattform, die über Geodatendienste und weitere Netzdienste den Zugang zu den Geodaten ermöglicht.

Der international gestiegene Bedarf an öffentlichen Geodaten manifestiert sich heute u.a. durch Initiativen wie INSPIRE (INfrastructure for SPatial InfoRmation in Europe), Copernicus (bisher GMES, Global Monitoring for Environment and Security), GEOSS (Global Earth Observation System of Systems) und Galileo (europäisches ziviles Satellitennavigationssystem). Die Koordinierung des Bundes im Rahmen dieser Initiativen erfolgt in Deutschland durch den Interministeriellen Ausschuss für Geoinformationswesen (IMAGI).

Weitere Informationen:

GeoEye

Ursprünglich 1992 gegründet als Teil (Orbimage) der Orbital Sciences Corporation in der Folge der Land Remote Sensing Policy Act, die Privatfirmen die Vermarktung von Satellitenbilddaten gestattete. Die Abteilung wurde 1997 vom Konzern abgetrennt. Orbimage änderte im Januar 2006 ihren Namen in GeoEye im Zusammenhang mit der Übernahme der in Denver ansässigen Firma Space Imaging mit ihrem IKONOS-Satelliten. Damit ist GeoEye die weltgrößte Firma im Bereich der Satellitenfernerkundung. Zur Zeit besitzt und betreibt GeoEye zwei hochauflösende Erdbeobachtungssatelliten: IKONOS und seit 2008 GeoEye-1 (urspr. vorgesehener Name: OrbView-5). Dazu kommen noch drei Flugzeuge mit höchstauflösenden Sensoren. Die früheren, zunächst von Orbimage betriebenen Satelliten OrbView-2 mit dem SeaWiFS-Sensor und OrbView-3 sind ausgefallen.
Anfang 2013 wurde die im Juli 2012 vereinbarte Fusion von GeoEye mit einem ihrer Hauptkonkurrenten, der Fa. DigitalGlobe vom U.S. Justizministerium genehmigt. Die neue Firma wird über die weltgrößte Flotte von Erdbeobachtungssatelliten mit hoher Auflösung verfügen. Ungefähr 60 % der jährlichen Einkünfte beider Firmen hängen von Aufträgen der amerikanischen Regierung ab, vor allem von Seiten der National Geospatial-Intelligence Agency (NGA).
Hauptwettbewerber von DigitalGlobe / GeoEye ist Astrium Geo-Information Services.

Weitere Informationen:

GeoEye-1

Ursprünglich als OrbView-5 bezeichneter, kommerzieller Erdbeobachtungssatellit der Firma GeoEye mit Start am 6. September 2008. Die räumliche Auflösung seiner Sensoren beträgt 0,41 m im panchromatischen und 1,65 m im multispektralen Bereich. Da die panchromatischen und die multispektralen Daten gleichzeitig aufgenommen werden, ist die Betreiberfirma durch die Kombination beider Datensätze in der Lage, Farbbilder mit 0,41 m Auflösung anzubieten ('pan-sharpened'). Auch stereoskopische Bilder sind möglich.

Beispielbild von GeoEye: Goosenecks des San Juan River, Goosenecks State Park, Utah

Der San Juan River formte in diesem Flussabschnitt eine Serie von engen Schleifen, die Gänsehälsen (goosenecks) ähneln. Der Fluss legt auf einer Länge von 8 km gerade einmal eine Luftlinie von 1,6 km zurück. Es entstand bei der langsamen Hebung des Gesteinskörpers ein über 300 m tiefer Canyon, an dessen Wänden Gestein freigelegt wurde, das einige Millionen Jahre alt ist..
Der Goosenecks State Park bietet spektakuläre Ausblicke auf die Goosenecks, deren Form man in der Geomorphologie als entrenched oder incised meanders bezeichnet.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken.
Quelle: GeoEye / Goosenecks State Park

 

GeoEye-1 befindet sich auf einer 681 km hohen sonnensynchronen Umlaufbahn mit einer Inklination von 98°. Die Schwadbreite beträgt dabei 15,2 km wobei die Kameras bis zu 60° außerhalb der Senkrechten Bilder aufnehmen können. GeoEye-1 wird täglich eine Fläche doppelt so groß wie Deutschland erfassen und die Daten zur Verarbeitung an die Bodenstationen schicken. Dazu verfügt der 1.955 kg schwere Satellit über eine interne Speicherkapazität von 1 Terabit und einen Übertragungskanal mit 150 oder 740 MBit/s im X-Band. Kunden sind unter anderem das US-Landwirtschaftsministerium, Google und die National Geospatial-Intelligence Agency. Als Lebensdauer des Satelliten sind mehr als sieben Jahre geplant, wobei der Treibstoffvorrat für 15 Jahre ausgelegt ist.

Satellite Feature GeoEye-1 IKONOS
Resolution 0.50-meter 1-meter
Spectral range (pan) 450-800 nm 526-929 nm
Blue 450-510 nm 445-516 nm
Green 510-580 nm 505-595 nm
Red 655-690 nm 632-698 nm
Near IR 780-920 nm 757-853 nm
Pan Resolution at nadir 0.41 meters 0.82 meters
Pan Resolution at 60 elevation 0.50-meters 1.0 meter
Multi-spectral Resolution at nadir 1.64 meters 3.28 meters
Swath width at nadir 15.2 km 11.3 km
Launch date 06-Sep-08 24-Sep-99
Life Cycle 7 years Over 8.5 years
Revisit Time 3 days at 40° latitude with elevation > 60° 3 days at 40° latitude with elevation > 60°
Orbital Altitude 681 km 681 km
Nodal Crossing 10:30 AM 10:30 AM
Approximate Archive size (km²) View Archive View Archive

Der ursprünglich für 2013 vorgesehene Start von GeoEye-2 ist auf den Zeitpunkt verschoben, zu dem der Satellit benötigt wird.

Weitere Informationen:

Geofachdaten

Geofachdaten sind raumbezogene Daten (Geodaten) aus einem bestimmten Fachgebiet, wie zum Beispiel Demographie, Epidemiologie, Bodenkunde, Klimatologie, Wahlstatistik. Häufige Anwendungsgebiete für Geofachdaten sind Erhebungen von Verwaltungen z. B. in den Bereichen Umwelt, Statistik oder Planung. Allgemein können als Geofachdaten alle Geodaten bezeichnet werden, die nicht unter die Geobasisdaten fallen. Im Gegensatz zu Sachdaten sind Geofachdaten grundsätzlich selbständig aussagefähige Geodaten und weisen einen eindeutigen (direkten oder indirekten) Raumbezug auf. Dieser Raumbezug kann entweder direkt durch Koordinaten oder indirekt, z. B. durch Bezug auf Geobasisdaten, Adressangaben, Postleitzahlbereiche, administrative oder statistische Gebietseinheiten wie Gemeindegebiete, Landkreise, Arbeitsamtsbezirke o. Ä. hergestellt werden. Der Raumbezug kann auch auf linienförmige Objekte bezogen sein, wie zum Beispiel Verkehrsdaten.

Geographisches Informationssystem (GIS)

Syn. Geoinformationssystem, gelegentlich auch Rauminformationssystem (RIS), raumbezogenes Informationssystem (RBIS); im engeren Sinne eine Software, die Geodaten erfasst, verwaltet und ausgibt. Sie verfügt darüber hinaus umfangreiche Funktionen zur Datenanalyse. Im weiteren Sinne wird ein Geoinformationssystem als ein System aus Software, Hardware (Computer, Scanner, Drucker), Daten und den Anwendungen verstanden, wobei letztere immer die Abbildung von Realität in einem Modell bedeuten. Danach besteht ein GIS in der praktischen Anwendung aus den Bestandteilen Dateneingabe, Datenverwaltung, Datenanalyse, Datenausgabe und Datenbestand.
GIS unterscheiden sich von anderen Zeichenprogrammen oder einfachen Download-Bildern dadurch, dass sie geographische Bezüge (Geometriedaten) der dazustellenden Objekte oder Erscheinungen (Sach- oder Attributdaten) verwenden. Jeder Eintrag bekommt bestimmte Koordinaten im 3D-Raum zugewiesen , die die genaue Lage auf der Erde beschreiben. Die GIS-Daten können sowohl einen Punkt, eine Linie, wie auch eine Fläche darstellen.
Die Daten sind in thematische Schichten unterteilt. Zum Beispiel, könnte eine Schicht names "Menge der produzierten Ernte" eine Schicht sein, in der Flächen (Polygone) als Felder definiert sind, denen jeweils ein bestimmter Wert zugeschrieben wird, der die Menge der produzierten Ernte der jeweiligen Felder in einem bestimmten Jahr wiedergibt.
EDV kann ortsgebundene Informationen nicht direkt in ihrem räumlichen Zusammenhang speichern, wie es z.B. eine konventionelle Karte erlaubt. Daher werden Konzepte (Modelle) zur Speicherung des Raumbezuges in ein GIS eingeführt. Die wichtigsten Formate sind die Vektorform und die Rasterdarstellung.
Vektordaten sind das am häufigsten verwendete Format von GIS-Daten. Wie bereits erwähnt, kann es sich bei den Darstellungen des Vektorsystems um Punkte, Linien oder Polygone handeln. Jede dieser Darstellungen kann mit einem oder mehreren Werten in den thematischen Schichten verknüpft werden. Vektordaten sind räumlich sehr genau. Rasterdaten hingegen können den Raum in einem Gitter erfassen. Jedes Quadrat wird wie ein Vektorpolygon behandelt und mit einem oder mehreren Werten verknüpft. Rasterdaten entstehen oft aus Fernerkundungsaufnahmen, da der Sensor die Daten in Form von Pixeln aufnimmt.
Wenn mehrere Schichten in einem GIS verknüpft werden, bekommt jeder einzelne Punkt im Raum viele Attribute und Charakteristiken zugeschrieben. Ein Theater, zum Beispiel, kann mit einem Punkt dargestellt werden, welcher ein bestimmtes Koordinatenpaar hat. Zusätzliche Informationen für diesen Punkt können der Name des Theaters, dessen Adresse, dessen Kapazität, und das Erbauungsjahr sein.
Da alle Punkte in einem gemeinsamen Koordinatensystem verbunden sind, ist es möglich zahlreiche räumliche Operationen durchzuführen, die den Ort der Punkte mit dessen assoziierten Attributen verknüpfen.

GIS-Schichten Das Layer-Konzept von Geographischen Informationssystemen

In der neben stehenden Abbildung besteht die Schicht "Kunden" aus Punkten, die Schicht "Straßen" aus Linien und die Schicht "Zellen" aus Polygonen. Bei diesen Dreien handelt es sich um Vektorschichten. Die Schichten "Höhe" und "Landnutzung" sind dagegen Rasterschichten, die durch die Verarbeitung von Fernerkundungsaufnahmen entstanden sind.

 

Quellen:
http://www.seos-project.eu/modules/agriculture/images/gis_layers.gif
http://www.ncddc.noaa.gov/technology/gis/view

 

 

Ein GIS kann im Mindestfall als eine hoch entwickelte Karte dienen, die eine große Vielfalt an Informationen liefern kann. Die digitale Speicherung der Daten ermöglicht die Erstellung von Karten mit unterschiedlichen Themen, je nach Gebrauch. Viel wichtiger ist jedoch, dass die digitale Form der Daten eine schnelle Verarbeitung und das Ausführen zahlreicher Analysen erlaubt.
Mit einem GIS lassen sich übergreifende Fragestellungen (z.B. Naturschutz, Wasserwirtschaft, Altlastenkataster, Luftüberwachung) beantworten. So wird eine transparente Grundlage für Entscheidungen in Umwelt- und Planungsfragen geschaffen. Interdisziplinäre Aufgaben (z.B. eine Umweltverträglichkeitsprüfung) sind ohne den Einsatz eines modernen GIS nicht mehr vorstellbar.
GIS ist auch in einem engen Zusammenhang zu sehen mit den Methoden der Fernerkundung. FE mit ihren Luft- und Satellitenbildern ist eine unverzichtbare Informationslieferantin für viele GIS-Aufgabenstellungen.

Weitere Informationen:

Geoid

Äquipotentialfläche des Schwerefeldes der Erde, welche den mittleren Meeresspiegel bestmöglich approximiert. Betrachtet man das Meerwasser als frei bewegliche Masse, welche nur der aus Gravitation und Zentrifugalkraft zusammengesetzten Schwerkraft unterworfen ist, so bildet sich die Oberfläche der Ozeane nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes als Niveaufläche des Schwerepotentials aus. Diesen idealisierten Meeresspiegel kann man sich (etwa durch ein System kommunizierender Röhren) unter den Kontinenten fortgesetzt denken, so daß eine geschlossene Fläche entsteht, die das Geoid veranschaulicht. Mit dem auf einen Raumpunkt mit dem Ortsvektor x bezogenen Schwerepotential W(x) lautet die Gleichung des Geoids: W(x)=Wo= const.
Das Geoid als eine teilweise im Innern der Erdmasse verlaufende Fläche ist stetig und stetig differenzierbar, besitzt jedoch Unstetigkeiten in der Flächenkrümmung an allen Unstetigkeitsstellen der Massendichte und ist somit keine analytische Fläche. Aufgrund der unregelmäßigen Verteilung der Massendichte im Erdkörper kann das Geoid nicht durch eine algebraische Flächengleichung beschrieben werden, sondern muß mit terrestrischen oder satellitengestützen Methoden der Geodäsie bestimmt werden. Das Geoid ist Bezugsfläche für die orthometrischen Höhen.

Form der Erde Form der Erde Potsdamer Kartoffel Potsdamer Kartoffel Links: Form der Erde

Geoid im Vergleich zu Kugel und Erdellipsoid

Alle Punkte auf der Erde besitzen ein sog. Potential, das sich aus der Kombination von Gravitationskraft und Zentrifugalkraft der Erde ergibt. Diejenige 3D-Äquipotentialfläche, die der Oberfläche der "ruhenden" Weltmeere entspricht und sich unter den Kontinenten fortsetzt, wird als Geoid bezeichnet.
Quelle: BMI


Rechts: Potsdamer Kartoffel ('Potatoid')

Variationen des Erdschwerefelds ausgedrückt durch Geoidundulationen
(blau:-100m... gelb:0m... violett:+80m)

Zu größerer Darstellung auf Grafiken klicken. Quelle: GFZ Potsdam

 

Weitere Informationen:

Geoinformatik

Die Geoinformatik (geoinformation science, geomatics) befaßt sich mit der Entwicklung und Anwendung informatischer Methoden zur Lösung fachspezifischer Probleme in den Geowissenschaften unter besonderer Berücksichtigung des räumlichen Bezuges der Daten; mit Hilfe geoinformatischer Methoden werden aus Geodaten fachbezogene Geoinformationen gewonnen.
Wichtige Forschungsfelder der Geoinformatik sind zur Zeit u.a.:

Erfassung digitaler Geodaten im Gelände und Labor Geoinformationssysteme, Umweltinformationssysteme 3D-Visualisierung, VR(virtuelle Realität)-Entwicklungen
Globale Positionierungs- und Navigationssysteme Intranet/Internet-Anwendungen von Geodaten und GIS-Diensten Entscheidungsunterstützende Systeme
Erfassung und Auswertung von Fernerkundungsdaten Entwicklung offener, interoperabler Systeme Simulations- und Prognosesysteme
Datenbanken, Metadatenbanken, Methoden- und Modellbanken Verbesserung der Nutzbarkeit von Geosoftware DV-gestützte Orts-, Regional- und Landesplanung
Semantik (fachbezogene Bedeutung) von Geodaten Digitale Kartographische Systeme, Multimediasysteme DV-gestützte Landschaftsplanung und Umweltverträglichkeitsstudien
Geoinformationen

Geoinformationen beschreiben Objekte und Erscheinungsformen der realen Welt mit ihrem Raumbezug. Sie helfen dem Menschen, seine Umwelt, in der er lebt und arbeitet, zu organisieren, zu verwalten und zu erhalten. Für Wirtschaft, Wissenschaft und Verwaltung stellen Geoinformationen über eine Vielzahl von Webdiensten und -portalen eine wesentlich Informationsquelle dar, um Planungen und Entscheidungen zu beschleunigen. So haben sie sich zu einer unverzichtbaren Grundlage der öffentlichen Daseinsvorsorge und bei der Bewältigung von Naturkatastrophen entwickelt.

Die öffentliche Verwaltung in Deutschland verfügt über einen großen Schatz an Geodaten (Geobasisdaten und Geofachdaten).

Das Bundesministerium des Innern hat seit 1998 den Vorsitz im Interministeriellen Ausschuss für Geoinformationswesen (IMAGI) und koordiniert damit das Geoinformationswesen auf Bundesebene in enger Zusammenarbeit mit den Ländern und Kommunen.

Als modernes Dienstleistungszentrum bietet das Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) als nachgeordnete Behörde des BMI Geodaten, Karten, Luftbilder sowie vielfältige Informationen über die Geobasisdaten von Bund und Ländern online und als Webanwendung an. Das BKG hat auch die Aufgabe, die Bundesregierung fachlich zu beraten und die nationalen Fachinteressen auf internationaler Ebene zu vertreten.

Die Zusammenführung und Darstellung der vorhandenen Geodaten von Bund, Ländern und Kommunen wird u.a. durch den Ausbau der Geodateninfrastruktur Deutschland (GDI-DE) realisiert. Das zentrale Schaufenster ist das gemeinsame Geoportal Deutschland.

Diese Zusammenführung und Darstellung vorhandener Geoinformationen erfüllt auch die Vorgaben der INSPIRE-Richtlinie. Mit der INSPIRE-Richtlinie wurde eine Initiative der Europäischen Kommission ins Leben gerufen, die das Ziel hat, die erhobenen Geodaten und Geofachdaten einheitlich in ganz Europa online über das Internet bereitzustellen.

National wurden mit dem Bundesgeoreferenzdatengesetz (BGeoRG) für geohaltende Stellen des Bundes einheitliche qualitative und technische Standards formuliert.

Weitere Informationen:

Geokodierung

Engl. geocoding; die geometrische Rektifizierung (Verortung) eines digitalen Bildes in bezug auf ein projekt-spezifisch gewähltes geodätisches Bezugssystem, das meist dem Landeskoordinatensystem entspricht, bzw. in bezug auf eine vorgegebene Kartenprojektion. Geokodierung ist Bestandteil der Georeferenzierung. Die mittels Fernerkundungssensoren aufgenommenen Bildelemente von Rasterdaten müssen so umgeordnet werden, dass die Bildelemente der rektifizierten Bilder im Landeskoordinatensystem angeordnet sind (Resampling).

Die Geokodierung ist ein grundlegender Aufbereitungsschritt bei Satellitendaten zur Beseitigung von aufnahmebedingten Verzerrungen, die aus der Erdkrümmung, der Sensortechnik, der Aufzeichnungsplattform etc. herrühren. Das Material wird dabei in eine einheitliche Projektion transformiert, so dass es sich mosaikartig zu flächendeckenden Karten zusammensetzen lässt. Erst nach der Geokodierung können die Datensätze verschiedener Typen von Sensoren untereinander korreliert werden.

Die Methoden der geometrischen Rektifizierung hängen davon ab, ob photographische oder digitale Bilder, von Flugzeug- oder Satellitenplattformen aufgenommen, vorliegen und welche mathematischen Ansätze zur Anwendung kommen. Die Rektifizierung der durch Digitalisierung von Photographien gewonnenen digitalen Bilder erfolgt durch Definition einer Bildmatrix im Landeskoordinatensystem und durch Transformation der Mittelpunkte der Bildelemente im Landeskoordinatensystem in das Bildkoordinatensystem. Die Zuordnung von Grauwerten zu den i.d.R. zwischen den Bildelementmittelpunkten des digitalisierten Bildes liegenden transformierten Mittelpunkten erfolgt über Algorithmen nach dem "Prinizp der nächsten Nachbarschaft" (Nearest-Neighbour-Verfahren), durch bilineare Interpolation oder Interpolation höherer Ordnung. Die Methodenwahl der Rektifizierung von originären Scannerbildern hängt davon ab, ob die Datengewinnung vom Flugzeug oder vom Satelliten aus erfolgt.

Nach der Korrektur der Panoramaverzerrung und Elimination des Einflusses der Zeilenschiefe ist für jede Bildzeile des optomechanischen Scanners exakte Zentralprojektion hergestellt. Diese Bedingung ist bei zeilenweiser Datengewinnung mit optoelektronischen Scannern erfüllt. Die nichtparametrische Rektifizierung stellt die Beziehung zwischen dem Scannerbild und dem rektifizierten Bild im Landeskoordinatensystem durch einen zweidimensionalen Interpolationsansatz her, dessen Koeffizienten aus Passpunkten ermittelt werden. In einer ersten Stufe wird durch ebene Ähnlichkeitstransformation oder Affintransformation ein näherungsweiser Zusammenhang zwischen Bildkoordinaten und (zweidimensionalen) Landeskoordinaten hergestellt. In einer zweiten Stufe werden die an den Passpunkten auftretenden Residuen durch Polynominterpolation (Polynomentzerrung) für jede Koordinatenrichtung oder durch Interpolation nach kleinsten Quadraten weitgehend minimiert. Die nichtparametrische Rektifizierung wird v.a. für die Geocodierung von Scannerbildern, die von Satellitenplattformen aus aufgenommen werden, benutzt.

Die geometrische Rektifizierung von Radaraufnahmen wird im Falle geringer Höhenunterschiede nach Umwandlung von Schrägentfernungen in Grundrißentfernungen mittels nichtparametrischer Rektifizierung durchgeführt. Geringe Höhenunterschiede verursachen jedoch im Radarbild bereits große Bildversetzungen, so dass auch in diesem Fall die Nutzung eines digitalen Geländemodelles unerläßlich ist. Im allgemeinen erfolgt die Geocodierung von Radarbildern nach der Methode der parametrischen Rektifizierung, die in etwas abgewandelter Form dem Ansatz bei der geometrischen Rektifizierung von Scannerbildern entspricht.

Geomatik

Engl. geomatics, franz: géomatique; Kunstwort aus Geodäsie und Geoinformatik als Bezeichnung für eine junge Wissenschaft vom Erfassen (z.B. mittels Fernerkundung), Verwalten, Analysieren, Visualisieren und Präsentieren raumbezogener Daten und Prozesse z.B. in Geographischen Informationssystemen (GIS). Die Geomatik ist eine Querschnittsdisziplin, die einen weiten Bogen von Anwendungen in den Geo- über die Ingenieur- und Sozialwissenschaften bis hin zur Raumplanung, Landmanagement und Umweltwissenschaften spannt und sich dabei modernster Technologien bedient. Geomatiker setzen bei ihrer Arbeit eine Vielzahl von terrestrischen, flugzeug- und satellitengestützten Sensoren ein. Zu den Aufgabengebieten gehören 3D-Positionierung, Navigation, Geodynamik, Monitoring von Umwelt- und Industrieprozessen, 3D-Stadtmodelle, Analyse der Bodenqualität, Landnutzung und Landentwicklung, Kartographie, Mehrzweckkataster, Ressourcenerfassung und Überwachung regionaler und globaler Prozesse.

Geometriedaten

Daten über Lage und Form der in einem GIS abgebildeten Objekte, z.B. die Lage einer Siedlungsfläche oder der Verlauf einer Küstenlinie.
Nahezu jedes Objekt auf der Erdoberfläche kann auf einfache geometrische Formen (Punkt, Linie, Fläche) reduziert werden. Das ist notwendig, um Informationen in gängigen Datenbanken speichern zu können. Jede dieser geometrischen Formen kann lokalisiert werden, d.h. mit den entsprechenden x/y-Koordinaten versehen werden.

  • Beispiele für Punkte sind Bergspitzen, Quellen, Bohrungen, Hydranten, Vermessungspunkte, Kunden
  • Beispiele für Linien sind Flüsse, Straßen, Höhenlinien, Grenzen
  • Beispiele für Flächen sind Seen, Ackerparzellen, Gemeinden, Dächer.

Geometriedaten können als mathematische Vektoren oder als Rasterbilder dargestellt werden. In GIS werden häufig Vektorgrafiken verwendet, da diese dem natürlichen Erscheinungsbild z.B. eines Flusses entsprechen. Rasterbilder werden vor allem im Zusammenhang mit wissenschaftlichen Untersuchungen (Modellbildungen) und der Verwendung von Satellitenbildern genutzt.
Grundlage für die Interpretation geographischer Objekte ist die mathematische Topologie. Diese beschreibt die räumlichen Beziehungen zwischen geometrischen Objekten mit Begriffen wie "innerhalb", "außerhalb", "Kante von-bis", "kreuzend/nicht kreuzend" usw. Die Festlegung, ob die Straße eine Linie oder Fläche ist, obliegt zuallererst dem Benutzer bzw. ist beim Kauf der Daten vorgegeben. Alle weiteren Eigenschaften dieser Objekte werden über Attribut- oder Sachdaten vergeben, also jene Daten, mit denen die gespeicherten geometrischen Daten beschrieben werden, z.B. die Höhe der Bergspitze, der Verschmutzungsgrad eines Flusses, das Alter eines Kunden, die Fläche eines Bundeslandes die Tiefe des Sees usw. Sie machen aus neutralen geometrischen Formen ein Sinn-volles geographisches Objekt.

geometrische Auflösung

Engl. spatial resolution, syn. räumliche Auflösung; die geometrische Auflösung kennzeichnet allgemein die Fähigkeit eines Sensorsystems, Signale von benachbarten Objektstrukturen getrennt zu erfassen. Es werden verschiedene Maße für die Auflösung benutzt, insbesondere die in der Optik und Photographie gebräuchlichen Linien je Millimeter (L/mm). Bei photographischen Aufnahmesystemen wird die geometrische Auflösung durch die Körnung des Films, die Brennweite und die Flughöhe beim Bildflug bestimmt.

Die Ergebnisse der Aufnahme mit Scannersystemen oder Radar-Systemen liegen in der Regel in Form digitaler Bilddaten vor. Dasselbe gilt entsprechend für digitalisierte photographische Bilder. Digitale (bzw. digitalisierte Bilder) liegen in Rasterformat vor. Dieses Raster besteht aus quadratischen Bildelementen (picture elements = Pixel). Die geometrische Auflösung gibt hier die Größe (Kantenlänge) eines einzelnen Bildelements (Pixels) an. Dabei kann entweder auf die Bildgröße oder auf die Objektgröße Bezug genommen werden (sofern auf Objektgrößen Bezug genommen wird, werden die Angaben in m auch als Bodenauflösung bezeichnet).
Bei digitalen Scannerdaten ergibt sich die geometrische Auflösung aus der Abtastoptik des Sensors, der Brennweite und der Flughöhe.

Geometrische Auflösung bei digitalen Rasterdaten Geometrische Auflösung bei digitalen Rasterdaten Quelle: http://www.uni-graz.at/geowww/geo/

Die Erkennbarkeit topographischer Details wird mit der Verkleinerung der Bildelemente und somit auch die geometrische Auflösung drastisch verbessert. Jene Bildteile, die mit einer Belichtung im Idealbelichtungsbereich entstehen, haben die beste geometrische Auflösung.
Die erreichten Bodenauflösungen liegen bei flugzeuggetragenen Systemen zwischen 10 und 20 cm (Luftbilder und Flugzeugscanner) und mehreren Metern (abbildende Spektrometer). Hochauflösende kommerzielle Erdbeobachtungssatelliten erreichen heute geometrische Auflösungen im Submeterbereich, während Systeme für andere Anwendungen (z.B. Wettersatelliten) im Kilometerbereich liegen.

geometrische Korrektur

Anpassung der Geometrie von Fernerkundungsmessungen an die Geometrie der Erdoberfläche. Damit ist es das Ziel der geometrischen Korrektur, die Bilddaten so zu korrigieren,
dass

  • die abgebildeten Objekte an sich und in ihrer gegenseitigen Lage geometrisch richtig dargestellt werden (Systemkorrektur)
  • die Bildkoordinaten verschiedener Aufnahmen einander entsprechen (Bild-zu-Bild-Registrierung)
  • die Bildkoordinaten der entsprechenden Landestopographie (Bild-zu-Kartennetz) entsprechen.
geometrische Rektifizierung

Beseitigung von Verzerrungen, die auf Grund von Geländehöhenunterschieden und Bildneigungen auf zentralperspektivisch aufgenommenen Luftbildern auftreten. Dies erfolgt durch Bestimmung der Elemente der äußeren Orientierung durch räumlichen Rückwärtsschnitt aus Passpunkten oder durch Bildtriangulation und anschließender Transformation der Rastereckpunkte eines digitalen Geländemodelles im Landeskoordinatensystem in das Meßbild mittels der Kollinearitätsbeziehungen. Das deformierte Raster im Bild kann nun durch digital gesteuerte Differentialumbildung in ein quadratisches Raster und damit in ein Orthophoto umgewandelt werden. Die Rektifizierung von Satellitenbildern bedarf eines etwas komplexeren Prozesses der Umwandlung von Landeskoordinaten, die in großräumigen Gebieten komplizierte mathematische Eigenschaften aufweisen, in ein für die Orthophotoherstellung taugliches Referenzsystem. Nach Transformation der Landeskoordinaten (Gauß-Krüger-Koordinaten) eines Quadratrasters in geographische Koordinaten auf Basis des jeweils genutzten Ellipsoids und unter Integration der entsprechenden Ellipsoidhöhen in ein dreidimensionales geozentrisches Koordinatensystem erfolgt schlußendlich die Umwandlung in ein dreidimensionales System kartesischer Koordinaten, dessen x,y-Ebene das Ellipsoid im Mittelpunkt des überdeckten Gebietes berührt. Die folgenden Schritte entsprechen dem Vorgehen im Falle der Rektifizierung von Luftbildern. Das Satelliten-Orthophoto wird durch Umbildung des verzerrten Rasters in dem photographischen Satellitenbild in ein im Landeskoordinatensystem referenziertes quadratisches Raster entstehen.

geometrische Transformation

s. Entzerrung, geometrische Rektifizierung

Geomonitoring

Allgemein die kontinuierlich andauernde oder zeitweise Untersuchung und Überwachung der Veränderungen des Geosystems bzw. eines seiner Komponenten oder eines spezifischen Prozesses. Damit befasst sich Geomonitoring mit der Struktur, dem Verhalten, den Interaktionen und Veränderungen von Atmosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre, Biosphäre, Lithosphäre, Pedosphäre, Anthroposphäre.
Im engeren Sinne ist Geomonitoring die Beobachtung und Kontrolle von qualitativen und quantitativen Veränderungen von Geodaten mittels Zeitreihenuntersuchungen.
Geomonitoring umfasst ein breites, geowissenschaftliches Forschungsfeld, bei dem Aktualität, Genauigkeit, Kontinuität, Interpretation und Nutzung der Ergebnisse im Vordergrund stehen. Dazu werden Methoden aus Geodäsie, Geophysik, Fernerkundung, Photogrammetrie und Geoinformation eingesetzt – einzeln und insbesondere in geeigneter Kombination.

Geoobjekt

Ein Geoobjekt (feature) ist das abstrakte Modell eines realen räumlichen Objektes, das zusätzlich zu Sachinformationen geometrische und topologische Eigenschaften besitzt und zeitlichen Veränderungen unterliegen kann.
Gegenüber anderen Geoobjekten kann es unterschieden werden hinsichtlich seiner

  • räumlichen Lage (Geometrie),
  • seiner Lagebeziehungen zu anderen Geoobjekten (Topologie),
  • seiner fachlich relevanten Eigenschaften (Thematik) und
  • seiner zeitlichen Veränderungen (Dynamik).

Beispiele von Geoobjekten sind:

  • Punkte: Grenzstein, Zähl- oder Messstelle, Quellort eines Emittenten
  • Linien: Grenzlinie, Baumreihe, Wasserlinie
  • Flächen: Biotop, Gemeindegebiet, Einzugsgebiet
  • Körper: Schadstoffwolke, Grundwasserkörper, Lagerstätte
Geophysica

Einsitziges Höhenforschungsflugzeug M-55 "Geophysica" des Myasishev Design Bureau, ursprünglich als militärischer Höhenaufklärer konzipiert. Das mittlerweile ausschließlich zivil genutzte zweistrahlige Flugzeug (Länge 22,86 m / Spannweite 37,46 m, Doppelleitwerk) kann eine Instrumentenlast von rund einer Tonne transportieren und operiert dank seiner überdimensionierten Tragflügel mit großer Streckung in einer Höhe von bis zu 21 Kilometer, mithin doppelt so hoch wie kommerzielle Linienflugzeuge. Die "Geophysica" besitzt somit die Fähigkeit, in die Ozonschicht hineinzufliegen und dort direkt die Zusammensetzung der Atmosphäre zu messen. Mit Hilfe der neuen Interessengemeinschaft "Geophysica EEIG" haben europäische Forschungseinrichtungen nunmehr die Möglichkeit, das Flugzeug für eine ganze Serie von Forschungsprojekten zu nutzen. So werden die Einflüsse von Klimaänderungen und Verschmutzungen auf die Ozonschicht untersucht. Die Messkampagnen werden mit Hilfe von Forschungsprojekten der Europäischen Union, der Europäischen Weltraumbehörde ESA sowie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert.

In den Jahren 2002-05 wurde die "Geophysica" für folgende Projekte eingesetzt:

  • Validierung und Ergänzung von Messdaten des europäischen Umweltsatelliten ENVISAT,
  • Erforschung der Entstehung großer Eispartikel in der Stratosphäre und ihrer Wirkungen auf die Aktivierung von Chlor- und Bromverbindungen und damit auf den Ozonabbau,
  • Messungen in den Tropen zur Entstehung von Stickoxiden aus Gewitter-Blitzen, zur Bildung dünner Zirrus-Wolken sowie zum Eintrag von Spurenstoffen über die tropische Tropopause (die Obergrenze der Troposphäre) in die Stratosphäre.

Die deutschen Institute haben für diese Messkampagnen spezielle Messinstrumente entwickelt, mit denen Stickoxide, Wasserdampf, Ozon, Chlor und Bromgas sowie eine Vielzahl von Treibhausgasen und Partikeln gemessen werden können. Ein Teil dieser Instrumente, beispielsweise das Experiment MIPAS (Michelson Interferometer für passive atmosphärische Sondierung) des Forschungszentrums Karlsruhe, war bereits bei früheren Kampagnen (in den Tropen und in der Antarktis) auf der "Geophysica" im Einsatz. Für die bevorstehenden Messprogramme wurden im Rahmen eines HGF-Vernetzungsfonds-Projektes zwei neue Instrumente erst kürzlich neu integriert. Der künftige deutsche Anteil an der internationalen Nutzlast der "Geophysica" beläuft sich damit auf insgesamt sechs Messsysteme.

Das russische Höhenforschungsflugzeug Geophysica Das russische Höhenforschungsflugzeug Geophysica


Unter dem "Buckel" ist das Messinstrument MIPAS zur Messung von Spurengasen eingebaut


Quelle: IDW
 

Weitere Informationen:

georäumliche Informationen

Syn. Geoinformationen; Informationen, die die Zustände und Relationen des Georaumes betreffen. Als Georaum ist hier der die gesamte Erde umhüllende, die Erdoberfläche und die oberflächennahen Bereiche einschließende Raum zu verstehen.

Georeferenzierung

Engl. georeferencing, franz. géocodage; das Einordnen von Karteninhalten in ein georäumliches Koordinatensystem durch Zuordnung von Koordinatenwerten, d.h. es wird ein Raumbezug oder Geobezug hergestellt. Speziell wird dies erforderlich, wenn digitalen Karten ein Bezug zu einem georäumlichen Koordinatensystem fehlt (z.B. geographisches Koordinaten-System, UTM-System). Technisch werden bestimmten Bildpunkten in Karten im Rasterformat Koordinatenwerten zugeordnet. Bei Karten im Vektorformat, die z.B. in sog. Tischkoordinaten digitalisiert wurden, werden dem Nullpunkt des zugrunde liegenden Systems georäumliche Koordinatenwerte zugeordnet.
Die Zuordnung von Koordinaten geodätischer Koordinatensysteme zu Luftbildern oder Satellitenbildern wird häufiger als Geokodierung bezeichnet. Allgemein ist jede Einbindung von in Karten abgebildeten Punkten und Relationen in ein georäumliches Koordinatensystem ein Vorgang der Georeferenzierung.

Weitere Informationen:

GEOS

Siehe Geostationary Operational Environmental Satellite

GEOS-3

Engl. Akronym für Geodynamics Experimental Ocean Satellite; von 1975-1978 operierender geophysikalischer Forschungssatellit der NASA mit dem ersten Instrument (13.9 GHz Radaraltimeter), das brauchbare Messungen der Höhe des Meeresspiegels und ihrer zeitabhängigen Variabilität lieferte.

Geosat

Geodätischer Satellit der US Navy zur Messung der Höhe des Meerespiegels mit einer Genauigkeit von unter 5 cm. Die zivile Nutzung von Geosat mit seinem Radaraltimeter dauerte von November 1986 bis Januar 1990.
Die Nachfolgemission Geosat Follow-On (GFO) war nach zweijähriger Kalibrierungsphase von 2000 bis 2008 im Einsatz. Die von GFO gewonnenen Messdaten wurden zusammen mit Daten von TOPEX/Poseidon und dessen Nachfolger Jason-1 und den europäischen Missionen ERS-2 und ENVISAT kombiniert und ausgewertet.

GEOSS

s. Global Earth Observation System of Systems

geostationär (GEO)
Geostationäre Umlaufbahn Geostationäre Umlaufbahn Quelle: www.ccrs.nrcan.gc.ca

Scale drawing of the Earth-satellite geometry for geostationary and low earth orbit (LEO) satellites. 

OrbitsFür größere Darstellung auf Grafik klicken
Quelle: UCAR (Davis Johnson)

Engl. geostationary (earth orbit, GEO); Eigenschaft einer Umlaufbahn, bei der ein Satellit immer dieselbe Position in Bezug zur sich drehenden Erde behält, und von der aus stets das gleiche Gebiet der Erdoberfläche zu sehen ist. Diese Bahn wird auch Clarke-Orbit genannt. Die Richtung des Umlaufkurses und die Dauer einer Erdumrundung sind mit der Richtung der Erddrehung und ihrer Dauer identisch. Die Physik lässt dies mit geringem energetischem Aufwand nur am Äquator zu, wo Zentrifugalkraft (abhängig von der Drehgeschwindigkeit) und Erdanziehungskraft (abhängig vom Gewicht) im Gleichgewicht stehen. Die Bahnebene liegt dabei in der Äquatorialebene (Äquatorialbahn, Inklination 0°).
Sehr genau arbeitende Antriebssysteme begrenzen das unvermeidliche Abdriften auf maximal ±1 Grad in Länge und Breite. Das entspricht einem Quadrat von ca. 150 km x 150 km.

Ein Satellit auf einer geostationären Umlaufbahn legt dort eine Kreisbahn in einer Höhe von 35.768 Kilometern mit einer Geschwindigkeit von ca. 3 km/sec zurück. Die Winkelgeschwindigkeit des Satellitenumlaufs ist mit derjenigen der Erdrotation synchron, daher auch die Bezeichnung erdsynchrone oder geosynchrone Satelliten.

Ein Umlauf dauert 24 Stunden, also genau die Zeit, die die Erde für eine Umdrehung benötigt. Von der Erde aus gesehen scheint der Satellit stillzustehen (stationär), obwohl er sich in Richtung der Erdrotation bewegt. Nur auf diese Weise ist eine kontinuierliche Beobachtung derselben Gebiete (ca. 1/3 der Erdoberfläche) und ein ununterbrochener Kontakt mit den Bodenstationen möglich. Bilder von der gleichen Bodenfläche können so in kurzen Zeitintervallen aufgenommen werden, was sinnvoll für die Wetterbeobachtung ist. Nachteilig ist der große Abstand zur Erdoberfläche, der die technisch machbare Raumauflösung erheblich einschränkt.

Satellitenantennen in Bodenstationen, die auf einen Satelliten auf dieser Umlaufbahn gerichtet sind, brauchen daher diesem Satelliten nicht zu folgen und können starr montiert werden (Kostenersparnis). Mit drei Satelliten auf einer GEO ist daher eine Versorgung nahezu der gesamten Erdoberfläche möglich. Eine Ausnahme bilden die Pole, da zur Funkversorgung eine Elevation von ca. 10 Grad notwendig ist.

Die Positionen der Satelliten werden durch die internationale Organisationen wie der ITU zusammen mit nationalen Organisationen verwaltet. Eine Position wird durch eine Angabe in Grad definiert. Dabei gilt, dass die gesamte Bahn einen Umfang von 360 Grad hat. Durch die wachsende Zahl von Satelliten zusammen mit verbesserter Technik ist es notwendig und möglich geworden, den von einem Satelliten benötigten Platz auf der GEO immer weiter zu verringern. Für moderne Satelliten werden nur noch 2 Grad benötigt. Die Inklination liegt (weil Kreisbahn) bei 0 Grad. Für die mobile Kommunikation mit Handys ist diese Bahn ungeeignet, da sie zu hoch ist und die Sendeleistung der Handys nicht ausreicht, um die Distanz zu überbrücken. Ferner sorgt die lange Signallaufzeit (250 ms für eine Strecke) für eine niedrige Dienstqualität. Alternativen zu GEOs sind MEOs oder LEOs. Zu den Vorteilen der GEO gehört die einfache Konfiguration, da mit nur wenigen Satelliten fast die gesamte Erde erreicht werden kann. Das technische System des Netzes dahinter (Bodensegment) kann, falls es für Satellitenmobilfunk genutzt werden soll, ebenfalls einfach ausfallen, da es wegen der sehr großen Footprints nur sehr selten zu Übergängen von Nutzern zwischen ihnen kommt (Handover). Die Positionierung von Kommunikationssatelliten auf einer GEO erfolgt häufig über eine andere Umlaufbahn um die Erde.

In Ergänzung zu ihren polumlaufenden Varianten befinden sich insbesondere  Wettersatelliten auf geostationären Orbits. Gleichmäßig und in ausreichender Zahl um die Erde verteilt liefern sie einen globalen Überblick. Beispiele dafür sind GOES, METEOSAT, GMS. Auch die meisten kommerziellen Telekommunikationssatelliten nutzen GEOs. Aktuell umkreisen über 300 Satelliten die Erde auf der GEO.

Erderkundungssatelliten, die einen Großteil der Erdoberfläche abdecken sollen, müssen nicht-geostationäre Orbits benutzen.

Weitere Informationen:

Geostationary Meteorological Satellite (GMS)

Bezeichnung für eine frühere Serie japanischer geostationärer Wettersatelliten. Der erste GMS wurde 1977 vom Kennedy Space Center gestartet, der letzte 1995 vom Tanegashima Space Center aus. Die GMS-Serie wurde durch die MTSAT-Serie ersetzt.

Weitere Informationen: GMS (Jaxa)

Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES)

Bezeichnung für die von der NASA entwickelte und von der NOAA betriebene Serie von geostationären Satelliten. GOES gehört zum gleichen weltumspannenden System meteorologischer Satelliten wie Meteosat.
GOE-Satelliten

  • liefern ganztägig Wetterdaten
  • überwachen bedrohliche Wetterereignisse wie Wirbelstürme oder Gewitter
  • übermitteln Umweltdaten von Bodenbeobachtungsstationen zu Verarbeitungszentren
  • ermöglichen die Bildfunkübertragung von verarbeiteten Wetterdaten zu Niedrigpreis-Empfangsstationen
  • überwachen das Erdmagnetfeld, den energetischen Teilchenfluss in der Satellitenumgebung und Röntgenstrahlung von der Sonne
  • spüren Notsignale von Schiffen und notgelandeten Flugzeugen auf (Search and Rescue).
Meeresoberflächentemperaturen im Golfstrom am 6.9.2003
ermittelt mit NOAAs GOES

Meeresoberflächentemperaturen im Golfstrom am 6.9.2003

Echtzeitnahe Daten zu den Meeresoberflächentemperaturen sind per ftp abrufbar von NASAs Physical Oceanography Distributed Active Archive Center (s.u.). Die Daten besitzen eine Auflösung von 6 km.

Quelle: http://podaac.jpl.nasa.gov/noaa_goes/images/gulf1.gif
GOES-N (Satellit der neuen Generation)
im Reinraum GOES-N im Reinraum Quelle: http://www.boeing.com/news/.../q1/pr_050309m.html

GOES beobachten die USA und benachbarte Ozeane aus einer Höhe von 35.790 km über dem Äquator. Die beiden Hauptinstrumente der aktuellen Satelliten sind eine Kamera und ein Radiometer, die hochauflösende Bilder sowohl im sichtbaren, als auch im infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liefern. Zudem können Temperatur- und Feuchtigkeitsverteilungen in der Atmosphäre gemessen werden. Die Auflösung im sichtbaren Bereich beträgt 1 km, im infraroten Bereich 4 km. Die aktuellen GOES-Satelliten vermögen die Erde alle 30 Minuten zu scannen (full-disk-Bilder), bzw. die USA alle 15 min, bzw. ein Sturmgebiet alle 5 min, aber nicht alle gleichzeitig. Künftige Missionen erfahren eine deutliche Leistungssteigerung.

Im März 2013 befanden sich GOES-15 (GOES-West, bei 135° W über dem Pazifik), GOES-13 (GOES-East, bei 75° W über dem Amazonas) und GOES-12 (GOES-South, bei 60° W) im operativen Betrieb. Der am 27. Juni 2009 gestartete GOES-14 dient als Reserve und steht z.Z. bei 90° W.

Im August 2006 gab die NASA der Firma Assurance Technology Corporation den Auftrag, für 100 Millionen Dollar die Space Environment In-Situ Suite (SEISS) zu entwickeln und zu bauen. Dieses Gerät wird auf den GOES-Satelliten der nächsten Generation (ab GOES-R) mitfliegen und Untersuchungen im Weltraum durchführen. Das Gerät wird drei Partikelsensoren enthalten, einer wird Magnetpartikel registrieren, ein anderer solare und galaktische Protonen und ein weiterer hochenergetische Ionen. Der Start von GOES-R ist für Oktober 2015 mit einer Atlas V geplant, GOES-S soll im Februar 2017 folgen. Mit diesen Missionen werden full-disk-Aufnahmen alle 5 Minuten möglich und dies bei doppelt so hoher Auflösung.

Ein GOES-Satellit fängt die Frühjahrs-Äquinoktien ein

Zweimal pro Jahr bescheint die einfallende Sonnenenergie gleichermaßen die Nord- und die Südhemisphäre, und die Dauer des hellen Tages und der dunklen Nacht ist dann gleich lang. Am 20. März 2013 um 7h02 EST befand sich die Erde in den Frühjahrsäquinoktien. Um 7h45 EST nahm der Satellit GOES-13 dieses Bild der Erde auf. Der bildgebende und im sichtbaren Bereich aufzeichnende Sensor auf GOES benötigt Sonnenlicht, um Wolken zu 'sehen', und daher liefert er ein brauchbares Beispiel der Tag- und Nachtgleiche.
In diesem Bild reicht die Darstellung der beleuchteten Erde bis zu beiden Polen, da die ganze Hemisphäre gleich weit beleuchtet ist. Nach diesem Tag wird die Nordhalbkugel stärker beschienen werden als die Südhalbkugel, es geht auf Frühjahr und Sommer zu.
Anmerkung: Die Sonne in diesem Bild ist künstlich eingefügt, auch wenn der Satellit Sensoren hat, um die Sonne hinsichtlich ihrer Sonnenaktivität kontinuierlich zu überwachen.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken - Quelle: NOAA

 

Weitere Informationen:

geosynchron

Bezeichnung für eine Satellitenumlaufbahn, deren Winkelgeschwindigkeit mit derjenigen der Erde synchron ist.

Geowissenschaften und Fernerkundung

Die geowissenschaftliche Fernerkundung ist eine junge Fachdisziplin der Geowissenschaften, die seit dem Start des ersten Erdbeobachtungssatelliten im Jahr 1972 zunehmend Bedeutung innerhalb der Geowissenschaften gewinnt.
Fernerkundungsdaten sind in den Geowissenschaften sehr wichtig, denn nur dadurch wird eine globale Beobachtung der Erdoberfläche und Atmosphäre mit guter räumlicher Auflösung möglich. Daneben kann mit satellitengestützten Fernerkundungssensoren auch wiederholt ein bestimmtes, umgrenztes Gebeit im Zeitverlauf beobachtet werden.

Die geowissenschaftliche Fernerkundung beschäftigt sich mit der Gewinnung von Daten der Erdoberfläche mit Hilfe von abbildenden Beobachtungssystemen. Diese überwinden das Problem der Punktmessungen und erzeugen flächendeckende (synoptische) Datenfelder der elektromagnetischen Eigenschaften der Oberfläche, aus denen dann auf den Zustand bzw. die Eigenschaften der erfassten Oberflächen geschlossen werden kann.

Im geowissenschaftlichen Sinn ermöglicht die FE in verschiedensten Bereichen die Entwicklung neuer Modellvorstellungen. Dies gilt beispielhaft für hochpräzise flächendeckende Vermessung mit Hilfe der Interferometrie, die die Dynamik von Oberflächenveränderungen z.B. in aktiven Störungszonen, vor Erdbeben erst beobachtbar machen. Weitere Bereiche sind die Erfassung und Beobachtung von Verteilungsmustern von Gesteinsoberflächen, Böden und Vegetation und deren Veränderung im Hinblick auf Katastrophenmanagement, Bodendegradation, Erosion und Desertifikation.

Weitere Informationen:

GERB

Engl. Akronym für Geostationary Earth Radiation Budget; Instrument an Bord der MSG-Satelliten zur Bestimmung der Strahlungsbilanz der Erde. GERB ist ein abtastendes Radiometer mit zwei Breitband-Kanälen, von denen einer die gesamte von der Erde ausgehende Strahlung und der andere lediglich einen kurzen Wellenbereich erfasst. Durch die Differenz der auf den beiden Kanälen ermittelten Werte kann die von der Erde in den Weltraum reflektierte Strahlung geschätzt und damit die das Klimasystem der Erde beeinflussende Energie gemessen werden. Das in Synergie mit dem Hauptabbildungsgerät auf den MSG, SEVIRI, verwendete GERB gibt Wissenschaftlern die Möglichkeit, die Rolle von Wolken und Wasserdampf in der Strahlungsbilanz festzustellen, was unmittelbare Auswirkungen auf Klimamodelle haben wird.

Das Instrument GERB

GERB ist ein kleines, sehr genau kalibriertes Radiometer, das am Rande der MSG-Satelliten sitzt. Da die MSG sich mit 100 Umdrehungen pro Minute drehen, erfährt GERB und alle seine Teile eine Beschleunigung von 18g.
GERB hat eine Größe von 45 x 20 x 15 cm und wiegt ca. 40 kg. Ein Spiegel reflektiert Strahlung ain Richtung auf eine Detektorreihe, welche Messungen entlang eines Nord-Süd gerichteten Beobachtungsstreifens durchführt. Der Spiegel ist so konzipiert, dass jede Messfolge von Osten nach Westen weiterrückt, so dass die komplette Erdscheibe im Verlauf von 5 Minuten und mit einer räumlichen Auflösung von ca. 50 km² beobachtet wird.
Drei dieser Messungen werden dann gemittelt um das Signal/Rausch-Verhältnis zu erhöhen und um die gleichzeitige Registrierung von SEVIRI-Daten zu ermöglichen, was die Bereitstellung von hochaufgelösten Bildern in Intervallen von 15 Minuten ermöglicht.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken
Quelle: Imperial College London

 

Weitere Informationen:

Gesamtstrahlungstemperatur

Engl. total radiation temperature, franz. temperature rayonnante totale; DIN 18716 formuliert: "Die Gesamtstrahlungstemperatur eines zu kennzeichnenden Strahlers ist diejenige Temperatur des Schwarzen (Planckschen) Strahlers, bei der dieser die gleiche spezifische Ausstrahlung hat wie der zu kennzeichnende Strahler".

Geschichte der Fernerkundung (FE)

Aufzeichnende Erkundung von Objekten aus der Ferne, ohne mit ihnen direkten Kontakt zu haben, besitzt eine lange Tradition und ist mit unterschiedlichen Motiven verbunden. Das interessierende Objekt (Erdoberfläche, Atmosphäre, Weltraum) ist dabei möglicherweise nicht erreichbar oder der Beobachter will unbemerkt bleiben und hält Distanz. Die Qualität von Fernerkundungsergebnissen war und ist stark abhängig vom jeweiligen Stand der Technik. Bezieht man ihre Vorformen mit ein, so reichen die Technologien der Fernerkundung von der Schaffung erhabener Beobachtungspunkte (Wachtürme) und dem Gebrauch einfacher Ferngläser bis zu hochkomplexen Satellitensystemen.

Die Technologie der modernen Fernerkundung begann vor über 180 Jahren mit der Erfindung der Photographie (Joseph Nicéphore Nièpce). Auch wenn die ersten, noch recht einfachen Photos vom Boden aus aufgenommen wurden, machte man bereits in den 40er Jahren des 19. Jahrhunderts Aufnahmen zu Kartierungszwecken von Fesselballons aus. G. Tournachon (alias NADAR) gelangen 1858 erste spektakuläre photographische Bilder aus dem Ballon über Paris.

Revolutionär war die berühmte bayerische Taubenflotte gegen Ende des Jahrhunderts. Erst mit Beginn der Luftfahrt im ausgehenden 19. Jahrhundert, welche unabhängig aber etwa zeitgleich zur Entwicklung der Photographie erfolgte, fand die moderne analoge Geofernerkundungsmethodik ihren Ursprung. Hierbei handelte es sich meist um Einzelaufnahmen, die in keinem systematischen Schema untergebracht waren und nur wenig wissenschaftlich ausgewertet wurden.

Im ersten Weltkrieg leisteten auf Flugzeugen montierte Kameras unschätzbare Dienste für die militärische Aufklärung. Die kontinuierliche photographische Reihenaufnahme aus der Luft von strategisch wichtigen Geländabschnitten von allen Kriegsparteien vorangetrieben. Nach Kriegsende flossen die gesammelten Erfahrungen in das auflebende zivile Luftbildwesen ein, welches ab ca. 1920 für forstliche, archäologisches und allgemeine geographische Zwecke konzipiert wurde (z.B. Landesaufnahmen, Expeditionen, Erkundung, Kartographie der Kolonien, etc.). Der wissenschaftliche Nutzen der Luftbildtechnik wurde erstmals systematisch durch Troll (1939) in Deutschland untersucht.

Während des 2. Weltkrieges dominierten erneut militärischen Fragestellungen das Luftbildwesen. Wichtige taktische Operationen konnten ohne Aufklärungsflüge und dem Einsatz von Reihenmeßkameras nicht mehr vorbereitet oder nachträglich auf Erfolg überprüft werden. Es wurde so erstmals die Herstellung von Luftbildplanwerken umgesetzt, die eine systematische Fernerkundung ermöglichten und noch heute in Form von Befliegungsplänen realisiert werden. Zugleich wurden erste Routineeinsätze mit Farbfilmen für die Luftbildaufnahme durchgeführt, wobei z.T. bereits Infrarot-Filme erprobt wurden. Vor der Landung der Alliierten in der Normandie wurden z.B. Luftaufnahmen von der Küste gemacht, um geeignete Landepositionen ausfindig zu machen. Durch die Messung küstennaher Wellen konnte die Wellenlänge bestimmt und davon ausgehend die Wassertiefe berechnet werden. Es wurde Infrarotfilm eingesetzt, um grüne Vegetation zu erkennen und von Tarnnetzen zu unterscheiden.

Satellitenbasierte Fernerkundung kann auf die Frühzeit des Weltraumzeitalters mit russischen und amerikanischen Programmen zurückgeführt werden. Beispielsweise wurden 1946 ehemals deutsche V2-Raketen von White Sands (New Mexico) in große Höhe abgefeuert. Diese Raketen trugen automatische Still- oder Fimkameras, die während des Aufstiegs Aufnahmen machten. Sie erreichten aber nie eine Umlaufbahn.

Nach dem Ende des Krieges trieben vor allem US-amerikanische Institutionen die zivile Fernerkundung technisch voran, so daß die Luftbildinterpretation zur ersten eigenständigen Disziplin der Geofernerkundung wurde. Colwell forcierte besonders die Verwendung von Farbinfrarotfilmen für die vegetationskundliche Forschung. Der Einsatz derartig neuer Techniken erwies sich auch für die anderen Geodisziplinen vorteilhaft (Bodenkunde, Geologie, Geomorphologie, Kartographie etc.). Mit fortschreitender technischer Entwicklung fanden in den sechziger Jahren neue Abtast-Systeme (engl.: scanner) oder Radar-Systeme (z.B. SAR) zunehmend in der Geofernerkundung Anwendung. Etwa 10 Jahre später wurden experimentell Computer zur einfachen Bildanalyse eingesetzt. Das analoge Bild mußte somit erstmalig digitalisiert werden. Die traditionelle analoge Luftbildinterpretation war somit nur noch eine Teildisziplin der zunehmend digitaler werdenden Geofernerkundungsmethodik. Heute werden ein Grossteil der Standard-Luftaufnahmen bereits durch digitale Reihenmesskameras gewonnen.

Ebenfalls Anfang der 60er Jahre des vorigen Jh. begann nach einigen Dekaden der Luftbildnutzung die Ära der satellitenbildgestützten Fernerkundung mit den vor allem die Meteorologen interessierenden täglichen Bildern amerikanischer Wettersatelliten. Zur gleichen Zeit machten Kosmonauten und Astronauten bei ihren Erdumrundungen Aufnahmen aus ihren Raumkapseln. Für nicht an wetterkundlichen Informationen interessierte begann diese Ära - und damit auch bald die allgemeine Verwendung der Begriffe "Remote Sensing" bzw. "Fernerkundung" - 1972 mit dem ersten für zivile Zwecke der Erfassung von Landoberflächen gestarteten ERTS-1 (syn. Landsat-1). Seitdem folgten eine Vielzahl unterschiedlichster Spezialsatelliten, welche z.T. auch in technischen Generationsabfolgen geplant wurden (z.B. LANDSAT-1 bis 7, oder ERS-1 bis 2, SPOT-1 bis SPOT-5, ASTER, IRS-1 bis 3, Quickbird, RapidEye etc.).

Mit dem Einsatz von Satelliten wurde parallel auch die Kommunikationstechnik revolutioniert, welche es erlaubt, die vom Erderkundungssatelliten gewonnen Daten rasch nahezu überall auszuwerten. Heute werden fast monatlich neue Satelliten in ihre Umlaufbahnen gebracht, von denen man sich Aufschlüsse über komplexe Umweltpobleme erhofft - in einer Zeit der zunehmenden Globalisierung von Umweltproblemen wird dieser Ansatz immer wichtiger.

Aber ohne Zweifel spielte schon sehr früh der militärische Einsatz von Fernerkundungsdaten eine wichtige Rolle bei der technologischen Entwicklung. Die Beobachtung und Einschätzung gegnerischer Streitkräfte, die Überwachung eigener, im Ausland stationierter Truppen, die Kontrolle von Abrüstungsvereinbarungen beeinflussten taktisch-strategische, wie auch politische Entscheidungen.

Auf eine Phase euphorischer Überschätzung der Möglichkeiten der damaligen FE folgte zunächst eine Ernüchterung angesichts der tatsächlich noch vorhandenen Nutzungsprobleme. Bald folgte jedoch eine sich steigernde Weiterentwicklung von Auswertungstechniken, vor allem durch die auch weiterhin nicht abgeschlossene Verbesserung und Vielfalt der Sensoren, einschließlich des Radars. Hinzu traten die Verknüpfungsmöglichkeiten verschiedener FE-Daten untereinander und mit anderen Daten in geographischen Informationssystemen sowie die Schaffung abgeleiteter Produkte. Gleichzeitig erfolgte der Übergang von experimenteller zu operationeller und damit wirtschaftlicher Datennutzung. Aktuell sind zwei Trends auszumachen, die einen zunehmend vielseitigen Einsatz erlauben:

  • einerseits die Entwicklung zu immer feinerer spektraler Differenzierung und höherer räumlicher Auflösung,
  • andererseits die Entwicklung zu großräumiger Erfassung für globales Monitoring.
Fernerkundung - Marksteine ihrer Entwicklung
Prähistorie
frühe Hominiden nutzen freistehende Bäume in den Savannen Afrikas oder Hügel, um den Horizont nach Beute oder drohenden Gefahren abzusuchen
weitere Geschichte
Einsatz von Wacht- und Aussichtstürmen, Ferngläsern, Teleskopen, für astronomische Beobachtungen auch von Orientierungshilfen
1826/1839
erste Photographie (Heliographie von Joseph Nicéphore Nièpce); 1839 verbessertes Verfahren von Louis Daguerre (Daguerrotypie)
1858
erste photographische Bilder aus Fesselballon in 80 m Höhe über Paris von Gaspar F. Tournachon, alias Nadar; Beginn der modernen Fernerkundung; älteste erhaltene Luftaufnahme von Boston (J.W. Black, 1860)
1860
Jules Verne schreibt über Lunanauts, die Wolkensysteme beobachten
1860er
Luftbilder aus Drachen, Ballons; ballongestützte Luftaufklärung im amerikanischen Bürgerkrieg
1887
dt. Förster kartieren Baumarten mithilfe von Luftaufnahmen aus Ballons (frühes Bspl. für photographische Interpretation)
spätes 19. Jh.
Ballon-basierte Messung von Druck-, Temperatur- und Feuchteprofilen in der unteren Atmosphäre (Entdeckung der Tropopause)
um 1900 Beginnende Entwicklung der Radartechnik
1903 Entwicklung einer von Brieftauben getragenen Kleinkamera (Julius Neubronner; Bayerisches Brieftauben-Corps)
1906
Luftaufnahme von Bord einer luftdruckbetriebenen Rakete aus einer Höhe von knapp 900m; die Kamera wurde in der Höhe ausgestoßen und landete per Fallschirm; Konstrukteur Albert Maul.
1906
Luftbilder von den Bränden und Erdbebenzerstörungen in San Francisco aus 600 m Höhe; dazu befanden sich schwere Kameras an Bord von Ballondrachen, Konstrukteur: G.R. Lawrence
1909
erste photographische (Schräg)Bilder aus einem Flugzeug in Centrocelli, Italien (Wilbur Wright)
1914 - 1918
Systematische Reihenaufnahmen, militärische Luftaufnahmen; spezielle Kameras für Luftaufnahmen
1919
erstes (thermales) Infrarotbild aus einem Flugzeug (Hoffman)
1920er
experimentelle, anwendungsorientierte Anwendung von Luftbildphotographie und Photogrammetrie (forstlich, geographisch, archäologisch), erste großräumige Luftbilderkundungen (Indonesien, Antarktis, Grönland)
1930er
Entwicklung des Radar (D, UK, USA)
1939 - 1945
militärische Luftbildauswertung, Luftbildplanwerke, Farbfilmeinsatz, Testeinsatz SIR, CIR-Film (Aufdeckung von Tarnung), Einsatz von Flugzeugen
1945 Science Fiction-Autor Arthur C. Clarke schlägt drei Satelliten im geostationären Orbit für globale Kommunikation vor (Wireless World, Oktober 1945)
1946 erste Aufnahmen von Bord einer früheren V2-Rakete in White Sands (New Mexico)
1950er
Begriff "remote sensing" zuerst in den USA benutzt (Ms. Evelyn Pruitt vom U.S. Office of Naval Research)
1954
Westinghouse entwickelt das erste luftgetragene Seitensicht-Radar
1954
Erstflug des Spionageflugzeugs U-2
1957
Geräte zur Temperaturmessung an Bord des russischen Sputnik I
1958
Start des nur 14 kg schweren Explorer-1, mit dem die strahlungsintensiven Zonen Van-Allen-Gürtel entdeckt werden. Gründung der NASA am 29. Juli 1958.
1959
erstes photographisches Satellitenbild (amerikanische Explorer-6-Mission)
1960
erste Satellitenbilder für meteorologische Zwecke (amerikanischer Satellit TIROS-1, die Serie wird bis TIROS-10 im Jahre 1965 weitergeführt);
erste Spionagesatellitenbilder im Rahmen des Projektes 'Corona'
ab 1962
Fernerkundungsmissionen zu anderen Planeten
ab 1965
photographische Aufnahmen aus den amerikanischen Gemini- und Apollo-Raumkapseln
1966
3 operationelle meteorologische Satellitensysteme
- ESSA (Environmental Science Service Administration, polarumlaufend, sonnensynchron)
- DMSP (Defense Meteorologigal Satellite Program, polarumlaufend, sonnensynchron)
- ATS (Application Technology Satellite, geostationär)
1968
erster Satellit mit passiven Mikrowellensensoren: der russische Kosmos 243
1972
erstes digitales Satellitenbild der Erderkundung (Scanner an Bord des amerikanischen ERTS-1, syn. Landsat-1)
1977
Erster METEOSAT-Satellit im geostationären Orbit
1981
erster Space Shuttle-Flug
ab 1986
stereophotogrammetrisch auswertbare Bilddaten mit dem französischen Satellitensystem SPOT
ab 1990
Raumstationen zur operationellen Fernerkundung
1991
Start des europäischen ERS-1, erster Satellit dessen Altimeter die Erde mit einer Genauigkeit von 5 cm vermessen konnte
1995 Start von OrbView-1, dem ersten kommerziellen Satelliten zur Erstellung von Satellitenbildern
1997
TRMM (Tropical Rainfall Measurement Mission): erstes Regenradar auf einem Satelliten
2002
Start von ENVISAT - dem grössten europäischen Umweltsatelliten
2002
erster Satellit der METEOSAT Second Generation (MSG) wird gestartet.
2006
erster europäischer Wettersatellit auf polarer Umlaufbahn (MetOp) wird gestartet
2008 Start von GeoEye-1, dem kommerziellen Erdbeobachtungssatelliten mit der bislang besten Auflösung
2010 Start von TanDEM-X zur Zwillingsmission mit dem älteren TerraSAR-X zur Erfassung von Daten für ein globales 3D-Höhenmodell
2013 Start von GAIA, der astronomischen Weltraumsonde der ESA zur Vermessung der Milchstraße
2013 Start von SWARM, der aus drei identischen Satelliten bestehenden Mission zur Beobachtung der Erdmagnetfeldes

Zur Bildergalerie Geschichte der Fernerkundung

Weitere Informationen:

Gesichtsfeld

Engl. field of view; der quer zur Flugrichtung gemessene Winkel, unter dem die von einem Sensor aufgenommene Fläche von der Flugbahn aus erscheint.

Gesundheit und Fernerkundung

Schlüsselvariablen für die Beeinträchtigung der menschlichen Gesundheit sind u.a. Veränderungen der natürlichen Umwelt wie das Auftreten von Schadstoffen in der Luft, in Süß- und Salzwasser, die Beeinträchtigung der Ozonschicht oder Landnutzungsänderungen. Dürren können zu Unterernährung und zu lebensbedrohlichen Wald- und Buschbränden führen, Staubstürme und Smog verursachen oft Atemwegserkrankungen, Algenblüten verunreinigen Nahrungsmittel aus dem Meer. Ferner sind Klimawandel und extreme Wetterereignisse mit einer Vielzahl von Gesundheitsrisiken verbunden. Dazu treten zivilisatorisch bedingte Gesundheitsrisiken wie Ölunfälle, Brände aufgrund kriegerischer Auseinandersetzungen usw.

Teilweise können Fernerkundungsdaten von Wetter-, Land- und Ozeanparametern mit entsprechender Aufbereitung bei Vorbeugung, (Früh)Warnung, Monitoring, Forschung und Gesundheitsplanung behilflich sein. Beispielsweise lassen sich georäumliche Informationen bezüglich vektorübertragener Krankheiten, bei denen die Krankheitsvektoren bestimmte Ansprüche an ihre Lebensräume stellen - so Anopheles-Arten für Malaria und Dengue oder das Verbreitungsgebiet für Zecken (Feuchte, Defragmentation von Waldgebieten) - mittels Fernerkundung ermitteln. Die Fernerkundungsdaten können dann neben anderen Daten zur Modellierung herangezogen werden.

So leisten Anwendungen von z.T. fernerkundungsgestützten Geographischen Informationssystemen (GIS) und Forschungstätigkeiten, die sich an der Schnittstelle zwischen Geographie und Medizin befinden, einen wesentlichen Beitrag zur Gesundheitsvorsorge oder auch zur Seuchenbekämpfung. Hierbei kann es sich zum einen um die Beschreibung und Erklärung raumbezogener Variationen von Krankheit und zum anderen um die Planung von Gesundheitseinrichtungen handeln.

In der Krankheitsökologie, die auch als geographische Epidemiologie bezeichnet wird, werden GIS zur Identifizierung möglicher Gesundheitsprobleme, zum Nachweis signifikanter räumlicher Muster von Krankheitsfällen sowie zur geographisch-ökologischen Analyse, bei der Gesundheitsdaten und Risikofaktoren der physikalischen, chemischen, biologischen oder sozialen Umwelt räumlich miteinander verknüpft werden, genutzt. Die wohl bekannteste historische Karte zur Aufklärung von Krankheitsverbreitungen ist die des Arztes John Snow (1813-1858). Anhand der Kartierung der örtlichen Wasserversorgungsverhältnisse konnte im Jahr 1849 die Ursache der Cholera in London, in diesem Fall die Kontamination einer öffentlichen Pumpe, enthüllt werden. Heute werden GIS im Rahmen der Krankheitsökologie zur Überwachung von Infektionskrankheiten, in der Krebsepidemiologie oder eben auch beispielsweise zur Analyse von Mortalitätsunterschieden in der Bevölkerung genutzt.

Weitere Informationen:

Gewässer und Fernerkundung

Die Kenntnis hydrologischer Prozesse, das Verstehen der globalen und lokalen Kreisläufe des Wassers mit dessen geographischer und zeitlicher Verteilung sowie Erkenntnisse der Interaktion des Wassers mit Lithosphäre, Atmosphäre, Biosphäre und Anthroposphäre sind von elementarer Bedeutung für das (Über-)Leben und Wirtschaften des Menschen und dessen Wechselwirken mit der Umwelt.
Insofern berühren hydrologische Fragestellungen Bereiche wie (Trink-)Wasserwirtschaft, Energiewirtschaft, Landwirtschaft, Schifffahrt (z.B. Eisbergwarnung), Raumplanung, Umweltschutz, Erosionsschutz und Katastrophenmanagement, z.B. bei Dürren oder Überschwemmungen.
Die zur Bearbeitung der Fragestellungen und zur Entwicklung von Simulationsmodellen nötigen Datengrundlagen können durch unterschiedlichste Mess- und Analysemethoden (konventionelle Pegelmessungen, Niederschlagsmessungen, Geophysik, Gravimetrie, Fernerkundung, Geochemie usw.) bereitgestellt werden. Neben hydrologisch-meteorologischen Variablen sind dabei auch Hintergrundinformationen über Relief, Landnutzung, Gewässernetz essentiell.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken
Quelle: USGS (übersetzt)

Der Wasserkreislauf

Der Wasserkreislauf hat keinen Ausgangspunkt, aber man kann mit dem Wasser der Ozeane beginnen, da dort die größte zusammenhängende Wassermenge vorhanden ist. Die Sonne, die als Motor des Wasserkreislaufs gilt, erwärmt Wasser in den Ozeanen. Ein Teil davon verdunstet als Wasserdampf und gelangt in die Atmosphäre. Ein vergleichsweise kleiner Teil wird durch Sublimation zu Wasserdampf, wenn es aus Eis oder Schnee direkt vom festen in den gasförmigen Zustand (Wasserdampf) übergeht. Dazu tritt Wasserdampf, der von Pflanzen abgegeben wird (Evapotranspiration) oder aus Böden verdunstet. Die aufsteigende Luft verbreitet den Wasserdampf in der Atmosphäre, wo die kühlere Temperatur den Waserdampf zur Kondensation, zur Eis- und zur Wolkenbildung bringt.
Luftströmungen sorgen für globale Wasserdampftransporte, Wassertröpfchen und Eiskristalle in den Wolken kollidieren, wachsen und fallen als Niederschlag aus den Wolken.Ein Teil des Niederschlags fällt als Schnee und kann in Eiskappen und in Gletschern akkumulieren und so gefrorenes Wasser für Tausende von Jahren speichern. In wärmeren Klimaten bilden sich nur saisonale Schneedecken, die im Frühjahr abtauen und über Flüsse ins Meer gelangen.
Der größte Teil des Niederschlags fällt zurück in die Ozeane oder auf Land, wo es der Schwerkraft folgend teilweise an der Oberfläche abfließt und wiederum über Flüsse die Meere erreicht. Jedoch fließt nicht das gesamte Wasser in Flüsse. Eine große Menge des Wassers versickert im Untergrund (Infiltration) und füllt Grundwasserspeicher auf, teilweise für sehr lange Zeit (Aquifere). Ein bestimmter Teil des Infiltrationswassers bleibt nahe der Oberfläche und kann von dort als Grundwasserabfluss in Seen, Flüsse und direkt ins Meer fließen. An bestimmten Stellen kann Grundwasser als Quellen den Untergrund verlassen. Aber ein sehr großer Teil des Grundwassers wird von Pflanzenwurzeln aufgenommen und dann wiederum über Evapotranspiration von den Blättern an die Atmosphäre abgegeben.

Der globale Wasserkreislauf ist ein zentraler Prozess des Systems Erde, da er jede physikalische, chemische und ökologische Komponente betrifft. Klimawandelbedingte oder durch Landnutzungsänderungen verursachte Veränderungen in diesem Kreislauf gehören zu den wichtigsten Themen, denen sich die Geowissenschaftler und Umwelt-, wie auch Sozialpolitiker gegenüber sehen. Wasserbezogene politische Entscheidungen werden häufig getroffen, ohne alle Folgen zuverlässig abschätzen zu können. (vgl. WEBGEO-Modul Hydrologie)

Bessere Vorhersagen zum Verhalten des Wasserkreislaufes sind für folgende Aspekte von Bedeutung:

  • Überwachung von Klimavariabilität und -wandel
  • effektives Wassermanagement
  • nachhaltige Nutzung der weltweiten Wasservorräte
  • Erkennen von Trends im Wasserverbrauch und Erstellen von langfristigen Projektionen
  • verbesserte kurzfristige Wettervorhersagen, sowie monatliche bis saisonale Vorhersagen, einschließlich Vorhersagen, die zur Schadensminderung bei Dürren und Überschwemmungen dienen
Die Wasser- und Energie-Satelliten der NASA

Die Kreisläufe von Energie und Wasser haben offensichtliche und bedeutende Auswirkungen auf die Gesundheit und den Wohlstand der Gesellschaft. Das Programm NASA Energy and Water Cycle Study (NEWS) ist Teil des noch breiter angelegten Earth science program. Das gesamte Programm umfasst den Transfer von wissenschaftlichen Erkenntnissen und neuen Einsatzmöglichkeiten hin zur akademischen und auch allgemeinen Bildung sowie zu praktischen Anwendungen. Dies geschieht durch Partnerschaften mit der Wissenschaftsgemeinde, mit Bundesbehörden, die für Umweltschutz zuständig sind und schließlich auch mit Privatfirmen.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken
Quelle: NASA

 

Wegen der Komplexität des globalen Wasserkreislaufes sind langfristige Beobachtungsreihen nötig, um sein Verhalten zu charakterisieren.
Eine Anzahl wichtiger Parameter muss erfasst werden:

  • Globale Niederschlagsdaten werden benötigt als Grundlage für numerische Wettervorhersagesysteme, Klimamodelle und hydrologische Modelle.
  • Messungen der Evapotranspiration sind wichtig für das Verständnis für den Einfluss der Pflanzendecke auf den Wasserdampfgehalt der Atmosphäre und für die quantitative Abschätzung des Pflanzenwachstums.
  • Die Bodenfeuchte beeinflusst die Differenzierung des Niederschlags in Infiltration und Oberflächenabfluss sowie auch die Differenzierung von Energie in fühlbare und latente Wärme, die an die Atmosphäre abgegeben wird. Wenn Wasser im Boden zurückgehalten wird, schafft dies eine Reserve, die für das Pflanzenwachstum wichtig ist.
  • Oberflächenwasser ist wichtig für den häuslichen Gebrauch, für Bewässerung, für die Energieerzeugung und für Ökosysteme. Oberflächenabfluss und Abfluss in Fließgewässern sind entscheidende Messgrößen für die Hochwasservorhersage und für die Bewertung von hydrologischen Auswirkungen von Dürren.
  • Daten zu Grundwasservorräten sind wichtig, um deren Veränderungen abschätzen und die Anfälligkeit und Nachhaltigkeit von strategisch wichtigen Aquiferen beurteilen zu können.
  • Umfang der Wasserspeicherung in Schneedecken, Gletschern, Eisschilden, Seen und Feuchtgebieten.
  • Meeresoberflächentemperatur als bedeutsamer Faktor, der die Niederschlagsmuster beeinflusst, oftmals sehr bedeutsam, wie im Falle des El Niño-Phänomens. Gekoppelt mit Daten zu Wind und Lufttemperatur liefert sie auch Informationen über Energieflüsse zwischen Atmosphäre und Ozean.
  • Die Landoberflächentemperatur ist eine wichtige Variable, die zur Abschätzung der Evapotranspiration, der Schnee- und Gletscherschmelze, des Pflanzenwachstums u.w. beiträgt.
  • Lufttemperatur und Wasserdampfgehalt
Yellow River Delta - World of Change

Chinas Huanghe ist der sedimentreichste Flus der Erde. Vom Bayankara Shan im Hochland von Tibet kommend fließt in den Golf von Bohai. Dabei durchquert der Gelbe Fluss ein Plateau, das mit einer bis zu 300 m mächtigen Schicht aus feinem windverfrachteten Sediment (Löß) bedeckt ist. Dieses gering verfestigte Sediment kann leicht erodiert werden, und so werden jährlich Millionen von Tonnen vom Huanghe weggetragen. Große Mengen davon erreichen die Flussmündung, wo ein Delta entsteht, das permanent durch neues Material umgebaut wird. Während der vergangenen 2.000 Jahre ist das Delta des Gelben Flusses mehrere hundert Kilometer die Küste hinauf und herunter gewandert.
Seit der Mitte des 19. Jh. sind aber die unteren Flussabschnitte und das Delta massiven flussbaulichen Eingriffen unterworfen, um die Hochwasser einzudämmen und die Küstenerschließung zu schützen.
Die obige naturfarbene Bildsequenz von Landsat-Satelliten zeigt das Delta im Bereich der aktuellen Mündung in 5-Jahres-Intervallen von 1989 bis 2009. Zwischen 1989 und 1995 ist das Delta länger und enger geworden, einer nach SO gerichteten Biegung folgend. 1996 blockierten die chinesischen Flussbauingenieure aber den Hauptkanal und zwangen den Fluss sich nach NO zu wenden. Um 1999 (mittleres Bild) haben Erosion und Ablagerungen entlang des alten Kanals dazu geführt, dass sich die Spitze des Deltas zurückbildete, während sich im NO eine neue Halbinsel bildete.
Die neue Halbinsel wuchs im nächsten 5-Jahresintervall in die Breite, und Aquakulturen, die als dunkle Rechtecke erkennbar sind, expandierten deutlich in Gebieten südlich des Flusses.

 

Bis 2009 war der Küstenbereich nordwestlich der neuen Mündung deutlich aufsedimentiert. Das war wohl das Ergebnis, das die Ingenieure erzielen wollten: Im Gebiet nordwestlich der frisch gesicherten Küstenlinie liegen ausgedehnte Öl- und Gasfelder, und deren Schutz ist ein vorrangiges Anliegen.
Obwohl es Hochwasserdämme, Buhnen und Ufermauern den Behörden ermöglichen, die Erosion zu bremsen und die Fließrichtung des Flusses zu bestimmen, bleiben dennoch andere Herausforderungen beim Schutz der natürlichen Feuchtgebiete des Deltas und bei der landwirtschaftlichen und industriellen Erschließung. Der Wasser- und Sedimentzustrom in das Delta ist seit den 1970er Jahren deutlich zurückgegangen, was sowohl auf geringere Niederschläge zurückzuführen ist, wie auch auf den explosionsartig gestiegenen Wasserbedarf durch Landwirtschaft und Siedlungen in den flussaufwärts liegenden Gebieten. In den 1990er Jahren fiel der Fluss häufig trocken, bevor er das Delta erreichte.
Diese Phasen mit Niedrigwasser oder Trockenfallen stellen ein großes Problem für die unteren Flussabschnitte und das Delta dar. Sie schädigen Feuchtgebiete und Aquakulturen schwer und verschlimmern das ohnehin schon ernsthafte Problem der Wasserverschmutzung.
Ironischerweise verstärken sie auch das Hochwasserrisiko, denn bei niedrigem Wasserstand lagern sich im Flussbett leichter Sedimente ab. Dadurch erhöht sich das Flussbett. In manchen Abschnitten liegt es bis zu 10 m über der umgebenden Flussaue. Ein Dammbruch bei hohem Wasserstand hätte hier verheerende Wirkungen.

Zu höherer Auflösung auf das jeweilige Bild klicken!

Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/Features/WorldOfChange/yellow_river.php

Die Rolle von Erdbeobachtungssatelliten bei der Gewässerfernerkundung

Erdbeobachtungssatelliten spielen eine wesentliche Rolle in der Bereitstellung von Informationen zur Untersuchung und zum Monitoring des Wasserkreislaufes und sind ein wichtiges Element der Beobachtungsstrategie. Der gleichzeitige Betrieb von speziell designten Satelliten und Sensoren aus Europa, Japan und den USA ermöglicht die Erstellung von neuen, integrierten Datensätzen auf Mehrjahresbasis. Satellitendaten schaffen viele Möglichkeiten, die Menge und Qualität an Informationen zu erhöhen, die für die Wasserwirtschaft nötig sind. Ihre globale Natur trägt auch dazu bei, die Datenkontinuität für grenzüberschreitende Einzugsgebiete zu gewährleisten, wo vollständige, gemeinsame und einheitliche Informationen möglicherweise schwer zu erhalten sind.

Daten zu Lufttemperatur, Wasserdampf und Wolken werden seit Jahrzehnten operationell von polarumlaufenden Satelliten geliefert. Sie stammen aus den USA (NOAA-Serie), seit jüngerer Zeit aus Europa (EUMETSATs Metop-Serie) und auch aus China und Russland. Der Einsatz von hoch aufgelösten Infrarotsondierungen (IASI), von Radiookkultations-Verfahren und dem GPS-Signal (z.B. COSMIC/FORMOSAT-3 und GRAS auf Metop) haben zusätzlich die weltraumgestützten Datenbeiträge vermehrt.

Meeresoberflächentemperaturen (Sea Surface Temperature, SST) werden von den operationellen Wettersatelliten geliefert, ferner von den Missionen Aqua und Terra mit ihrem Sensor MODIS, auch ENVISAT trug bis zu seinem Ausfall 2012 dazu bei. Seit 2011 stellt auch NOAA’s Sensor VIIRS auf dem Satelliten Suomi NPP Daten zur Meeresoberflächentemperatur bereit. Die Kontinuität der Datenreihe wird dann durch die JPSS-Serie und schließlich durch das SLST-Radiometer auf der Sentinel-3-Serie gewährleistet sein.
Temperaturkarten der Wasseroberfläche helfen bei der Einschätzung des hydrodynamischen und biologischen Zustands, der Wettervorhersage, der Lokalisierung von Frontensystemen, der Beladung von Schiffen (Tiefgang abhängig von Dichte), der Suchdauer nach Schiffbrüchigen, der Erfassung langfristiger globaler Klimatrends und vielem mehr.
Jeder Körper emittiert Strahlung entsprechend seiner Temperatur. Die Meeresoberfläche emittiert im thermalen Infrarot- und im Mikrowellenbereich. Zur Bestimmung der Meeresoberflächentemperatur werden diese Emissionen von passiven hochauflösenden Radiometern gemessen. IR-Sensoren und Mikrowellenradiometer sind beide unabhängig von der Tageszeit einsetzbar. Während IR-Sensoren Wolken nicht durchdringen können, arbeiten Mikrowellenradiometer nahezu unabhängig von den Wetterverhältnissen (Ausnahme starker Regen). Höhere Flächenauflösungen werden jedoch von IR-Sensoren bzw. Multispektralscannern erzielt (z.B. AATSR auf ENVISAT).

Medspiration SST-Produkte


Medspiration ist ein von der ESA finanziertes Projekt, um aus der Kombination von verschiedenen unabhängigen SST-Missionen verlässliche SST-Datensätze zu erstellen. Ziel ist die Möglichkeit zur zeitnahen Einbindung der Daten in numerische Ozean-Vorhersagemodelle. Gleichzeitig soll ein bestmögliches und aktuelles SST-Produkt für den allgemeinen Gebrauch entstehen (s. Bsple. links).
Gegenüber den längst etablierten Wettervorsagemodellen haben die Ozeanmodelle noch deutlichen Nachholbedarf. Dies liegt nicht zuletzt an der Uneinheitlichkeit der Datensätze von unterschiedlichen Satellitensystemen mehrerer Weltraumagenturen. Keiner dieser Datensätze alleine genügt den Qualitätsanforderungen der Modelle.
Im Rahmen des Global Ocean Data Assimilation Experiment (GODAE) strebt man die Bereitstellung von Echtzeit-nahen SST-Daten an, die den Tagesablauf widergeben, eine Genauigkeit von unter 0.2 K und eine räumliche Auflösung von unter 10 km besitzen. Dies ist nur möglich durch die Kombination der Leistungsfähigkeit von verschiedenen Sensortypen. Die Group on High Resolution SST (GHRSST) versucht nun, bestmögliche Ensemble-Produkte zu generieren. Dabei werden neben den Satellitendaten auch in situ-Messungen von Schiffen und Bojen mit verwertet als unabhängige und zuverlässige Referenzdaten (GHRSST Match-up Database).

Links oben: ODYSSEA Mediterranean SST Analysis, daily, 0.02° resolution

Links unten: ODYSSEA South Africa SST Analysis, daily, 0.02° resolution

Zu größerer Darstellung auf Grafiken klicken
Quelle: ifremer

 

Niederschlag ist ein Schlüsselparameter innerhalb des Wasserkreislaufs. Geostationäre Wettersatelliten wie GOES, GMS und Meteosat lieferten Bilder im sichtbaren und infraroten Bereich, die bislang die beste Quelle von Satellitendaten waren. Es handelt sich um indirekte, aber mit großer Häufigkeit gewonnene Abschätzungen des Niederschlags, die von Temperaturmessungen der Wolkenoberflächen abgeleitet sind. Diese Daten werden im GEWEX Global Precipitation Climatology Project (GPCP) des WCRP verwendet, welches seit 1979 die mittleren monatlichen Niederschlagswerte bereitstellt, auch im International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) werden sie verwendet.

Wolken- und Niederschlagssysteme haben einen eher zufälligen Charakter und entwickeln sich sehr schnell, besonders im Bereich sommerlicher Konvektionszellen. Diese Faktoren machen eine Quantifizierung der Wolkenbildung und des Niederschlags schwierig.

Verlässliche bodengestützte Niederschlagsmessungen sind im großregionalen oder globalen Maßstab schwierig zu erhalten, da über 70 % der Erdoberfläche von Wasser bedeckt sind und viele Länder nicht über präzise Einrichtungen zur Niederschlagsmessung (Regenmessstationen und/oder Niederschlagsradar) verfügen. Der einzige praktikable Weg, großräumig und global Niederschlagswerte zu erhalten geht über weltraumgestützte Fernerkundungsinstrumente.

Der Start der Tropical Rainfall Mapping Mission (TRMM) von NASA/JAXA im Jahr 1997 bedeutete einen Durchbruch in der Bereitstellung von 3-D-Informationen über Struktur und Eigenschaften von Niederschlag. TRMM war der erste für Niederschlagsmessung konzipierte Satellit und ist gegenwärtig (2012) der einzige Satellit, der ein Wetterradar trägt. Er hat seither eine Fülle von Erkenntnissen über tropische Stürme, Hurrikane und kurzzeitige Klimaschwankungen wie ENSO geliefert. Die Kontinuität wird durch die für 2014 geplante Mission eines 'Kern'-Satelliten der NASA im Rahmen des Programms Global Precipitation Measurement (GPM) der NASA und weiterer Raumfahrtagenturen gewährleistet.

2011 wurde der Satellit Megha-Tropiques gestartet, der den Wasserkreislauf und die atmosphärischen Energieflüsse untersuchen soll, insbesondere in den Tropen. Seine Aufgaben werden ergänzt durch die Global Change Observation Water Mission Serien (GCOM-W) der JAXA. All diese Missionen wenden Mikrowellen-basierte Technologien an, entweder passive Fernerkundungssensoren oder Wetterradar.

Die im November 2009 gestartete Mission Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) ist die zweite Earth Explorer Opportunity Mission der ESA. SMOS liefert Messungen zu Bodenfeuchte und Ozeansalinität. Im Juni 20011 folgte der Satellit SAC-D/Aquarius (CONAE/NASA), der sich ebenfalls auf Messungen der Ozeansalinität fokusiert. Für 2014 ist der Start der NASA-Mission Soil Moisture Active Passive (SMAP) vorgesehen. Der erste operationelle Echtzeit-nahe Dienst zur Bodendienst existiert seit 2008 von der EUMETSAT. Die Daten liefert ASCAT an Bord von METOP.
Bodenfeuchte und Ozeansalinität sind wichtige Parameter, da sie wesentlich zum Verständnis der Energiebilanz zwischen der Erdoberfläche und der Atmosphäre beitragen. Ihre erdweite Erhebung ist von großem Interesse für Klima- und Wetterforschung, insbesondere für die Verbesserung von Modellen und Vorhersagen.
Bislang werden Oberflächensalzgehalte durch in situ-Messungen an Messstationen, Bojen und Floatern geliefert. Die Bestimmung erfolgt über die Leitfähigkeit oder durch Refraktometer.

Informationen zur Evapotranspiration werden von einer Reihe von Satellitendaten-gestützten Modellen abgeleitet, die den Austausch von Wasser und Energie zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre beschreiben. Dabei werden in die Modelle Daten von Sensoren eingegeben , die im sichtbaren und thermalen Bereich arbeiten. Lieferanten sind geostationäre Satelliten, Landsat sowie Aqua und Terra mit dem Modis-Sensor.

Ein neues Einsatzgebiet ergibt sich durch GRACE mit seinen Messungen zur Gravimetrie, die zur Quantifizierung von Grundwasser-Änderungen herangezogen werden. Nachfolgemissionen (GRACE Follow On und GRACE-II) sind in der Planung, da dieser Forschungsbereich vermutlich expandieren wird.

Radaraltimetrie wird zunehmend zur Messung des Wasserspiegels in Seen und Flüssen eingesetzt werden.

Das Komitee für Erdbeobachtungssatelliten CEOS trägt auch beim Anwendungsbereich der Gewässerfernerkundung nicht nur dazu bei, dass relevante Daten erhoben werden, sondern das Komitee unterstützt auch diverse Anwendergruppen bei der Anwendung der Daten und trägt so zum Capacity Building in Entwicklungsländern bei (AWCI - Asian Water Cycle Initiative, CIEHLYC - Water Cycle Capacity Building activity in Latin America and AfWCCI - African Water Cycle Coordination Initiative.

Komponenten der Wasser- und Energiekreisläufe

(mit weiteren, eng gekoppelten Kohlenstoffvariablen)

"I" und "S" bezeichnen Messungen, die in situ bzw. von weltraumbasierten Instrumenten gemacht wurden.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken

Quelle:
Predicting Energy and Water Cycle Consequences
of Earth System Variability and Change
(NASA)

Marine Fernerkundung

Die Untersuchung der Meeres- und Küstenregionen ist seit jeher im Interesse der Menschheit. Etwa 50 % der Weltbevölkerung lebt in einem ca. 60 km breiten küstennahen Streifen und ist damit direkt durch Fischerei, Handelswege, ozeanische Gefahren etc. oder indirekt durch Klimaeinwirkung von den Ozeanen beeinflusst. Bis zum Anfang des 20. Jahrhunderts stützte sich die Ozeanographie ausschließlich auf in situ, d.h. direkt vor Ort und in Berührung mit dem zu untersuchenden Objekt gemessene Daten. Aufwändige Messfahrten lieferten einen kleinen Einblick in die topographischen, physikalischen, chemischen und biologischen Verhältnisse in den Weltmeeren. Seit Mitte des letzten Jahrhunderts ist das Sammeln großer Datenmengen und ein großflächiges Monitoring der Ozeane möglich. In Luft- und Raumfahrt wurden Sensoren entwickelt, die keinen direkten Kontakt zum untersuchten Objekt mehr benötigen, sondern dieses berührungsfrei nach diversen Parametern "aus der Ferne erkunden".

Über dem Wasser können Fernerkundungsinstrumente an der Küste oder auf Meeresplattformen, Schiffen, Hubschraubern, Flugzeugen oder Satelliten installiert sein. Zu den marinen Fernerkundungsmethoden zählt neben der Messung elektromagnetischer Strahlung auch die Vermessung des Ozeans mit akustischen Instrumenten, die sich im Wasser befinden und über Schallwellen arbeiten (Hydrophone; Ocean Acoustic Tomography).

Eisbedeckung

Die Eisbedeckung hat großen Einfluss auf das Reflexions-, Streuungs- und Emissionsverhalten elektromagnetischer Strahlung. Meereis emittiert signifikant mehr EM-Strahlung als der umgebende Ozean; die Helligkeitstemperatur ist in allen Frequenzen höher. Auch kann das Alter des Meereises aufgrund von Veränderungen der Oberflächenrauhigkeit und des Salzgehaltes, bedingt durch Tau- und Gefrierprozesse, in neues, einjähriges und mehrjähriges Eis eingeteilt werden. In mehrjährigem Eis sind mehr Luftblasen eingeschlossen, welche die Streuung erhöhen und das Signal stärker depolarisieren. Ebenfalls kann mit passiven Sensoren die Eisdicke bis etwa 100 cm geschätzt werden, und es können Aussagen über die prozentual von Eis bedeckte Fläche, z.B. bei Treibeis, getroffen werden. Schwierigkeiten bei der Eisbestimmung erfolgen, wenn sich Schmelzwasser auf dem Eis bildet oder eine Schneedecke auf dem Eis aufliegt.
Aufgrund der großen Unterschiede der Strahlungseigenschaften von Eis und Wasser kann die Eisbedeckung über viele Sensorentypen, von passiven VIS-Sensoren, Infrarot- und Mikrowellen-Radiometern und aktiven Radarsystemen, wie Scatterometern und SAR, detektiert werden. Häufig werden Messungen aus mehren Systemen kombiniert, um detaillierte Eiskarten zu erstellen.

Bild links: Das arktische Meereis-Minimum im Jahr 2011 (AMSR-E Instrument)

Karte mit dem Meereis-Minimum des Jahres 2011, welches am 8. September eintrat. Zum Vergleich sind die Meereis-Minima vom September 2007 und die durchschnittlichen Minima der Jahre 1979 bis 1983 als rote bzw. orangefarbene Linien eingetragen. 2011 galt die Ausdehnung dieses Jahres als zweitniedrigste in der 35-jährigen Satellitendaten-Zeitreihe. Die Ausdehnung des Meereises im Jahr 2011 ist nur ca. 0,1 Mio km² größer als 2007.

Zu größerer Darstellung auf Grafiken klicken

Quelle: Universität Bremen

 

Die Satellitenfernerkundung hat in den letzten Jahren in der Ozeanographie große Bedeutung erlangt, da sie großflächige, weltweite Messungen einer Vielzahl ozeanographischer Parameter ermöglicht. Neben der Bestimmung von Oberflächentemperatur, Salzgehalt, Eisbedeckung, Meeresspiegel und Wellenhöhe lassen sich über die Ozeanfarbe Rückschlüsse auf Wasserinhaltsstoffe (Chlorophyll, Gelbstoffe, Schwebstoffe etc.) und, über Messung der Oberflächenrauhigkeit, Erkenntnisse über Wind- und Strömungsverhältnisse erzielen.

So umfangreich wie Datenerfassung und -verarbeitung sind auch die Möglichkeiten der Nutzung: Von rein wissenschaftlicher Grundlagenforschung  über wirtschaftliche Nutzung (Fischerei, Aquakultur, Schifffahrt) bis zu sicherheitsrelevanten Problemstellungen (Ölerkennung und Driftprognosen, Eisüberwachung, Verkehrssicherheit, Wrackerkennung) wird eine breite Gemeinde an Interessengruppen bedient.

Dieses ENVISAT-Radarbild erfasst das Öl, das in den Golf von Mexiko austritt. Der Ölaustritt ist als verquirlte dunkelgraue Fläche rechts unten erkennbar.
Envisat nahm dieses Bild mit seinem Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) am 26. April um 15:58 UTC auf.


Optisches Envisat-Bild des Ölaustritts im Golf von Mexiko, erkennbar als weiße verquirlte Fläche rechts. Das Bild wurde vom Medium Resolution Imaging Spectrometer (MERIS) am 25. April 2010 um 16:28 UTC aufgenommen.

Oberflächenfilme - Öldetektion

Oberflächenfilme sind dünne Schichten von Materie auf der Meeresoberfläche. Diese können natürlichen Ursprungs sein, beispielsweise durch Algenblüten produziertes organisches Material, oder künstlichen Ursprungs (Schifffahrt, Bohrungen). Ihr häufiges Auftreten und ihr ökologischer Einfluss rücken sie in den Mittelpunkt der Forschung.

Bei der Detektion maritimer Ölverschmutzungen kommt eine große Bandbreite an Fernerkun-dungssensoren zum Einsatz. Aufgrund der großen räumlichen Abdeckung, Licht- und Bewölkungsunabhängigkeit bilden meist SAR-Systeme die Grundlage maritimer Ölerkennung. Kapillarwellen werden durch Ölfilme abgedämpft und die Oberfläche geglättet. Die Rückstreuung von Radarstrahlen wird massiv verringert, so dass Ölfilme im Radarbild als dunkle Flecken erscheinen.
Bei geignetem Sonnenstand können auch optische Sensoren Aufschluss über Ölverschmutzungen geben.

Links zwei unterschiedliche ENVISAT-Bilder von der Ölverschmutzung im Golf von Mexiko, ausgelöst durch Explosion der Ölplattform "Deepwater Horizon" am 22.04.2010.

Zu größerer Darstellung auf Grafiken klicken

Quelle: ESA

 

Die Genauigkeit der Satellitenmessungen reicht noch nicht an die von in situ-Messungen heran, doch die Verfügbarkeit von kontinuierlich und erdumspannend messenden Systemen wiegt diesen Nachteil auf. Steckt beispielsweise die Bestimmung des Oberflächensalzgehaltes mittels Fernerkundung noch in den Kinderschuhen, so wird sie bei der Bestimmung von ozeanischer Oberflächentemperatur, Topographie, Wellenhöhe und Wasserinhaltstoffe etc. breit angewandt. Für die Bestimmung der Eisbedeckung und für die Detektion von Oberflächenfilmen (z.B. Öl) ist die Fernerkundung nahezu unersetzlich.

Schema verschiedener Methoden für die marine Fernerkundung

Es lassen sich über Fernerkundung im marinen Bereich vier Grundgrößen bestimmen: Färbung der Ozeane, Temperatur, Rauhigkeit und Höhe. Die Färbung ist bis wenige Meter Tiefe messbar, die drei anderen Parameter werden nur an der Oberfläche selbst definiert. Obwohl die Möglichkeiten der Fernerkundung dadurch beschränkt erscheinen, haben viele Phänomene in tieferen Schichten des Ozeans Auswirkungen auf diese Parameter und hinterlassen eine erkennbare Oberflächensignatur.

Fernerkundungssensoren sind spezifisch auf einen kleinen Aspekt der Informationsgewinnung beschränkt. Die Güte und Bandbreite der Informationen, die aus Fernerkundungsdaten gezogen werden können, sind direkt abhängig von der Genauigkeit und Charakteristik der Messinstrumente. Zur Datenanalyse und Interpretation werden ferner Kenntnisse über den Weg des Informationsflusses benötigt: Prozesse in den oberen Ozeanschichten, Interaktion EM-Wellen mit dem Ozean, Atmosphären- und Sensorenphysik.  

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken

Quelle: DeMarine

 

In Deutschland befasst sich neben privaten Firmen, wie z.B. Brockmann Consult insbesondere die Organisationseinheit Gewässerfernerkundung des DLR-Instituts für Methodik der Fernerkundung mit der Gewässerfernerkundung. Dabei ist sie im Rahmen ihrer wissenschaftlichen Arbeiten und durch Forschungs- und Anwendungsprojekte mit einer Vielzahl von Partnern, darunter wissenschaftlichen Einrichtungen, wie auch Anwenderinstitutionen, vernetzt.

Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung, Implementierung und Validierung von Modellen und Algorithmen zur Auswertung satellitengestützter, optischer Sensoren (StO Berlin) wie auch Radar-Sensoren (StO Oberpfaffenhofen). Das Ziel der Arbeiten ist die Ableitung biologischer, ökologischer und meteo-mariner Parameter zur Überwachung biologischer und ökologischer Zustandsgrößen von Küsten- und Binnengewässern und deren Veränderung. Diese dienen zur Wind-, Seegangs- und Eiskartierung sowie zur Verbesserung von Vorhersagemodellen für Küsten- und Gewässermanagement. Die Fernerkundung der Binnengewässer spielt beim DLR gegenwärtig eine marginale Rolle.

Als Datenquellen werden verschiedene spektral hochaufgelöste und hyperspektrale optische Sensoren und Synthetik-Apertur-Radar auf nationalen und internationalen Fernerkundungssatelliten genutzt. Gegenwärtige Schwerpunkte sind die Nutzung von ENVISAT (ESA) und TerraSAR-X (D) sowie die Vorbereitung der neuen Missionen TanDEM-X und EnMAP.

Die Arbeiten dienen im Wesentlichen der Erschließung neuer Anwendungsbereiche für Fernerkundungsdaten und prä-operationellen Entwicklungen im Umfeld des europäischen GMES-Programms (Global Monitoring for Environment and Security). Diese Entwicklungen werden gemeinsam mit dem DFD in operationelle Near-Real-Time Produktketten umgesetzt (nahe-Echtzeit, NRT). Dafür ist die Abteilung in mehreren nationalen und internationalen GMES-Projekten engagiert. Die wissenschaftlich-methodischen Ergebnisse fließen in problemangepasste Konzepten für neue Erdbeobachtungsinstrumente und -missionen ein.

Optische Gewässerfernerkundung:

Im sichtbaren Spektralbereich der Sonnenstrahlung (~ 400 - 700 nm) kann das Licht in den Wasserkörper eindringen, seine Farbe kann durch Streu- und Absorptionsprozesse im Wasserkörper oder am Gewässerboden verändert werden. Aus diesem Grund können aus optischen Fernerkundungsdaten Aussagen über die Eigenschaften des Wasserkörpers, genauer Art und Konzentration verschiedener Wasserinhaltsstoffe, bzw. Eigenschaften des Untergrundes abgeleitet werden. Dazu müssen feine "Farb"-Nuancen festgestellt und quantifiziert werden. Dies geschieht durch Vermessung der Strahlung in hinreichend vielen, schmalen Spektralkanälen mittels Spektrometern. Während an Bord von Schiffen oder im Wasser selbst nicht abbildende Sensoren zum Einsatz kommen, werden auf Flugzeugen und Satelliten sogenannte abbildende Spektrometer eingesetzt, die für jeden Spektralkanal auch ein Bild über eine räumliche Abbildung liefern. Die Fernerkundung ist hierbei die einzige Technologie um die hohe räumliche und zeitliche Dynamik von Gewässern beobachten zu können. Eine hinreichend dichte und gleichzeitig flächendeckende Beobachtung mittels Bojen oder Schiffen ist praktisch nicht realisierbar.

Meris Ostseedaten SAR-Anwendungen

Aus MERIS-Daten abgeleitete Konzentrationen von Chlorophyll (l.o.), Schwebstoff (r.o.), Gelbstoff (l.u.) und daraus resultierende Sichttiefe in der Ostsee, 1. Juli-Dekade 2008

Das gemessene Spektrum, also die Größe der Strahlung in den verschiedenen Kanälen, wird durch Streu- und Absorptionsprozesse der Wassermoleküle und verschiedene Wasserinhaltsstoffe bestimmt. Je nach Art und Konzentration dieser Stoffe verändert sich das Spektrum. Die Hauptgruppen fernerkundbarer Wasserinhaltsstoffe sind Phytoplankton (an Hand verschiedener Pigmente), organischer und anorganischer Schwebstoff sowie gelöste organische Substanzen. Der Zusammenhang zwischen Inhaltsstoffkonzentration und Farbcharakteristik erschließt sich über bio-optische Modelle, die auch die für verschiedene Spezies, die jeweilige Saison und das Gewässer selbst spezifische Eigenschaften beinhalten können.

Da sich der Satellitensensor oberhalb der Erdatmosphäre befindet, muß für diese Simulationen auch der Einfluss der Atmosphäre berücksichtigt werden. Dies geschieht durch die Nutzung von Strahlungstransportmodellen. Mit diesen Modellen lassen sich die erwarteten Messdaten je nach Situation oder Beobachtungsgeometrie simulieren und können zur Entwicklung und Optimierung von Fernerkundungsalgorithmen genutzt werden.

Zu größerer Darstellung auf Grafik klicken

Quelle: http://www.dlr.de/caf/desktopdefault.aspx/tabid-5425/10349_read-22459/

 

SAR-Ozeanographie:

Radar ist ein aktives Instrument, ein Allwetterauge. Die vom Satelliten ausgestrahlten Radarstrahlen beleuchten die Erde unabhängig vom Sonnenlicht, durchdringen Wolken und zeigen durch spezielle Empfangs- und Prozessierungsverfahren der rückgestreuten Strahlung besonders hoch aufgelöste Bilder der rauen Oberfläche des Meeres.
Die Gruppe Radarozeanographie am DLR entwickelt Algorithmen, um Windfelder, Seegangsparameter, Meereisbedeckung zu bestimmen und um Schiffsunfälle zu untersuchen und Ölverschmutzung zu verfolgen. Die Ergebnisse werden in Experimenten und Schiffsexpeditionen z.B. mit der Polarstern überprüft.

SAR-Anwendungen SAR-Anwendungen

Mit hochauflösenden Satellitenradars, wie den SARs von ERS und ENVISAT oder dem deutschen Satelliten TerraSAR-X, kann man Bilder der Meeresoberfläche auch unter Sturmwolken oder bei Nacht aufnehmen und aus ihrer Intensität und Struktur Windfelder und Seegangshöhen berechnen, um damit die z.B. Seewettervorhersage zu verbessern und die Anzahl oder die Schwere von Schiffsunfällen zu vermindern. 
Die Auflösung der SAR Bilder der Ozeanwellen ist so gut, dass auch einzelne Wellen-kämme erkannt und vermessen werden können, damit auch einzelne Extremwellen.

Glatte Flächen wie frisch gefrorenes Meer-Eis oder auch Öl Verschmutzung sehen auf den SAR Bildern dunkel aus, da sie die Radarstrahlen vom aufnehmenden Satelliten weg reflektieren. Dies wird zur Ölerkennung genutzt. Radar-Überwachung auch vom Satelliten z.B. durch die EMSA hat wesentlich dazu beigetragen, dass die Ölverschmutzung in europäischen Gewässern zurück gegangen ist.
Auch zur Schiffsroutenberatung auf Eisrouten werden SAR Daten eingesetzt.

Aufgrund der hohen Reflektivität von Metall und der Auflösung wird SAR auch zur Schiffsdetektion verwandt und mit Schiffsmeldungen abgeglichen.

Quelle: http://www.dlr.de/caf/desktopdefault.aspx/tabid-5426/10518_read-23261/

 

Weitere Informationen:

GEWEX

Engl. Akronym für Global Energy and Water Cycle Experiment; Programm innerhalb des WCRP zur Beobachtung und Modellierung des Wasserkreislaufes und der Energieflüsse in der Atmosphäre, auf der Landoberfläche und in den oberen Ozeanschichten. GEWEX nutzt in starkem Maße die Informationen von aktuellen, wie auch künftigen Umweltsatelliten (u.a. Terra, Aqua, TRMM, ADEOS I und II).

Weitere Informationen: GEWEX - Startseite (WCRP)

Gezeiten

Differentielle Veränderung des Gravitationsfeldes an einem ausgedehnten Himmelskörper wie der Erde - zu beobachten mittels einer Probemasse - durch eine 'dritte Masse'. So sind die Flieh- und Anziehungskräfte der sich gegenseitig umlaufenden Erde, Sonne, Mond insgesamt im Gleichgewicht, variieren jedoch über die Erde und wegen des Umlaufes auch mit der Zeit (Lunisolargezeiten); dabei treten etwa halbtägige und ganztägige Gezeitenwirkungen hervor. Eine quantitative Beschreibung bedient sich insbesondere des Gezeitenpo-tentials und der spezifischen Gezeitenkräfte in Schwereeinheiten. Der Mond hat zwar eine kleinere Masse als die Sonne, dafür ist sein Abstand zur Erde geringer. Ihre jeweilige mittlere Wirkung auf das Gezeitenpotential auf der Erde wird in den Doodson-Konstanten erfaßt, diese ist für den Mond gut doppelt so groß wie für die Sonne. Die Wirkung der Planeten ist demgegenüber um mehrere Größenordnungen kleiner. Die Gezeitenwirkung kann man direkt aus der Position der Himmelskörper relativ zum Ort auf der Erde zu einem Zeitpunkt berechnen, meist benutzt man jedoch Kugelfunktionsentwicklungen in Gezeitenmodellen. Als Erdgezeiten bezeichnet man die Systemantwort der deformierbaren Erde auf das gezeitenerzeugende Potential, die Meeresgezeiten des freien Ozeans werden sehr stark durch Küsten, Meeresbodengestalt, Strömungen, Winde und Luftdruck beeinflußt. Über die gravitative Kopplung von Mond und Erde bzw. die Drehimpulserhaltung im Erde-Mond-System, verbunden mit der irdischen Gezeitenreibung wird die Rotation der Erde verlangsamt mit der Folge wachsender Tageslänge.

GFMC

Siehe Global Fire Monitoring Center

GFZ-1

Niedrigfliegender passiver Kleinsatellit des GeoForschungszentrums Potsdam zur Erfassung des Erdschwerefeldes. GFZ-1 wurde 1995 von der russischen MIR-Station in seine 400 km hohe Umlaufbahn gebracht. In diesem niedrigen Orbit reagierte seine Flugbahn sehr empfindlich auf Änderungen der Anziehungskraft. Seine Positionsbestimmung erfolgte mit dem hochempfindlichen SLR. Nach 24.000 Erdumrundungen verglühte er 1999 in der oberen Atmosphäre.

Giotto

Erste, 1985 mit einer Ariane-Rakete gestartete Raumsonde der ESA für den tieferen Raum. Sie vollzog Vorbeiflüge an den Kometen Halley (1986) und Grigg-Skjellerup (1992) in 596 km bzw. in 200 km Entfernung und machte die ersten Nahaufnahmen eines Kometenkerns (Halley). Andere Experimente maßen das Magnetfeld, die Zusammensetzung und die Konzentration von Gasen und Staub.

Weitere Informationen:

GISTDA

Engl. Akronym für Geo-Informatics and Space Technology Development Agency; thailändische Weltraumagentur.

Weitere Informationen:

GLAS

Engl. Akronym für Geoscience Laser Altimeter System; Hauptinstrument auf NASAs ICESat. Seine Aufgabe ist die Vermessung der Landtopographie, somit auch der Eis/Schneeoberflächen, sowie die Ermittlung von Wolkenoberflächen und von Aerosolwolkenhöhen.

Schematische Darstellung der Messvorgänge mit GLAS Schematische Darstellung
der Messvorgänge mit GLAS






Für größere Darstellung auf Bild klicken.

Quelle: http://glas.gsfc.nasa.gov/about.html
 

Weitere Informationen:

Gletschermonitoring

Die (Langzeit-)Beobachtung von Gletschern, insbesondere ihrer Veränderungen (Dynamik) hinsichtlich der Parameter Länge, Fläche, Volumen und Masse mit Hilfe direkter (Feldmessungen) und indirekter Methoden (Fernerkundung).
Aus zunächst staatlichen oder regionalen Initiativen zum Gletschermonitoring besonders in der Schweiz und Österreich entwickelten sich im 20. Jahrhundert globale Programme. Vor allem die großen Bergsteigerverbände, der Schweizer Alpenclub, sowie der Österreichische und Deutsche Alpenverein haben sich um diese Aufgabe große Verdienste erworben. Staatliche Einrichtungen und geowissenschaftliche Institute komplettieren heute die Beobachtungsnetzwerke.

Bezüglich der Längenmessungen werden beispielsweise von über 900 österreichischen Gletschern vom Österreichischen Alpenverein auch heute noch an rd. 100 Gletschern jährlich die Längenmessungen koordiniert und ausgewertet. Die Methode ist einfach und erfordert keine aufwändigen Instrumente. Von Marken im festen Gelände wird in jedem Sommer die Entfernung zum Eisrand in einer bestimmten Richtung mit dem Maßband festgestellt.

Gletscher sind durch Änderungen ihres Massenhaushaltes im Zeitrahmen von wenigen Jahren bis zu einigen Dekaden gute Indikatoren für Klimaveränderungen. Sie sind daher ein wichtiger Forschungsgegenstand der Klimaforschung. Um jedoch globale Aussagen treffen zu können, ist eine genaue Kenntnis aller Gletscher der Erde sowie ihrer wichtigsten Kenngrößen dringend gefordert. Eine vollständige Inventarisierung der Landeismassen und eine systematische Beobachtung des Gletscherverhaltens hat bislang jedoch nur in einigen Teilen der Welt (Europa, Nordamerika und Grönland) stattgefunden.

Die weltweite Sammlung von Informationen über Gletscheränderungen wurde 1894 mit der Gründung der Commission Internationale des Glaciers beim 6. Internationalen Geologie-Kongress in Zürich begonnen.

Heute setzt der World Glacier Monitoring Service (WGMS) die Sammlung und Veröffentlichung von standartisierten Informationen über die globale Verbreitung von Gletschern und Eiskappen sowie deren Veränderungen fort. Der WGMS ist ein Dienst der International Association of the Cryospheric Sciences innerhalb der International Union of Geodesy and Geophysics (IACS, IUGG) und der Federation of Astronomical and Geophysical Data Analysis Services des International Council for Science (FAGS, ICSU). Er unterhält ein Netz von lokalen Beobachtern und nationalen Korrespondenten in allen Ländern, die sich mit Gletschermonitoring befassen.
In Zusammenarbeit mit dem US National Snow and Ice Data Center (NSIDC) in Boulder und der Initiative Global Land Ice Measurements from Space (GLIMS) ist der WGMS verantwortlich für das Global Terrestrial Network for Glaciers (GTN-G) innerhalb des Global Climate/Terrestrial Observing System (GCOS/GTOS).
Ein erster Versuch ein weltweites Gletscherinventar zusammenzustellen begann in den siebziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts vor allem auf der Basis von Luftaufnahmen und Karten. Bis heute erwuchs daraus ein detailliertes Inventar von mehr als 100.000 Gletschern mit einer Gesamtfläche von ca. 240.000 km². Die nicht erfasste Fläche wird auf ca. 445.000 km² geschätzt. Heute wird die Inventurarbeit vornehmlich mit Hilfe von Satellitenbildern fortgesetzt.

Bedeutender Kalbungsvorgang am Jakobshavn-Gletscher
am 6. und 7. Juli 2010

Jakobshavn Rückgang

Zu höherer Auflösung auf Abbildung klicken

Quelle: NASA

NASA-finanzierte Forscher, die den grönländischen Jakobshavn Isbrae Gletscher überwachen, berichten, dass ein 7 km² großes Stück des Gletschers am 6. und 7. Juli 2010 weggebrochen ist, was die Kalbungsfront um nahezu 1,5 km zurückweichen ließ. Das Eisstück besitzt etwa ein Achtel der Fläche von Manhattan, N.Y.
Forschergruppen, die von Ian Howat vom Byrd Polar Research Center an der Ohio State University und von Paul Morin, dem Direktor des Antarctic Geospatial Information Center an der University of Minnesota geleitet werden, analysieren seit einiger Zeit Satellitenbilder bezüglich Änderungen des Eisschildes Grönlands und seiner Auslassgletscher.
Zwar ist der aktuelle Abbruch nicht ungewöhnlich, aber dass er innerhalb von Stunden mit so großer Präzision aufgespürt wurde, ist für Wissenschaftler ein neues Phänomen.

Die Forscher stützten sich auf Bildmaterial von mehreren Satelliten wie Landsat, Terra und Aqua um eine umfassende Vorstellung von den Veränderungen der Eismassen an beiden Polen zu erhalten. Dann erhielt die Arbeitsgruppe in den Tagen vor dem Abbruch Bilder des DigitalGlobe Satelliten WorldView 2, die große Risse und Eisspalten zeigten.
Jakobshavn Isbrae liegt an der Westküste Grönlands auf 69° N. Er hat sich über die vergangenen 160 Jahre mehr als 45 km zurückgezogen, 10 km alleine in der letzten Dekade. Beim Zurückweichen zerbrach er in einen nördlichen und einen südlichen Zweig.
Wissenschaftler gehen davon aus, dass ca. 10 % des gesamten grönländischen Eisverlustes über den Jakobshavn erfolgt, von dem man auch annimmt, dass er den größten Einzelbeitrag zum Meeresspiegelanstieg in der nördlichen Hemisphäre leistet.
Im Übrigen sorgen sich die Wissenschaftler mehr um die Verluste des südlichen Zweiges des Jakobshavn-Gletschers, da die Topographie hier flacher und tiefer ist als beim nördlichen Zweig.

Siehe auch: Retreat of Jakobshavn Glacier, Greenland (NASA Earth Observatory 2014)

 

Das Hauptinteresse im Gletscher-Monitoring liegt dabei nicht nur auf der räumlichen Ausdehnung eines Gletschers, sondern auch auf dessen Topographie. Ein Schwerpunkt der Gletscher-Fernerkundung ist daher die Erstellung eines digitalen Modells der Gletscheroberfläche. Digitale Geländemodelle können aus diversen Daten abgeleitet werden, wie z.B. terrestrischen oder Luftaufnahmen, digitalen Kameradaten, Laserscannerdaten (terrestrisch oder flugzeuggetragen), Flugzeug- und Satellitenradardaten sowie hochauflösenden optischen Satellitendaten.

Das GLIMS-Programm ist dazu ausgelegt, die Gletscher der Erde vorrangig mit Hilfe der Daten von optischen Satelliteninstrumenten zu beobachten, wie z.B. dem Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER, Japan/USA), einem Instrument, das an Bord des NASA-Satelliten Terra eingesetzt ist. Die Datensätze von WGMS und GLIMS werden ergänzt durch Erhebungen des GlobGlacier-Projektes und des Internationalen Polarjahres.
Die synergistische Nutzung der ASTER-Daten in Kombination mit aktuellen und historischen Datensätzen anderer Fernerkundungssensoren (LANDSAT, SPOT; ERS-1/2; RADARSAT, etc.), Luftbildern, topographischen Karten, digitalen Geländemodellen und Geländeinformationen ermöglicht die Ableitung zusätzlicher Parameter sowie die Erstellung mehrjähriger Datenreihen. Die Projektergebnisse werden als Grundlage für ein zukünftiges Gletschermonitoring und statistische Auswertungen dienen und über eine Datenbank beim „National Snow and Ice Data Center“ (NSIDC) in Boulder, Colorado, öffentlich zugänglich gemacht. Die Daten finden Eingang in Geographische Informationssysteme (GIS).

Der ASTER-Sensor misst im sichtbaren Bereich in zwei Bändern (grün und rot), mit einem Band im nahen Infrarot, sechs Bändern im kurzwelligen Infrarot und mit fünf Bändern im thermischen Infrarot. Die wichtigsten Bänder für glaziologische Anwendungen sind die im sichtbaren Bereich, im nahen und im kurzwelligen Infrarot. Sie ermöglichen die automatisierte Kartierung von Eis- und Schneeflächen. Diese Technologie nutzt die große Differenz der Eis- und Schneereflektivität, die zwischen dem sichtbaren Bereich, dem nahen und kurzwelligen Infrarot besteht, und sie erlaubt die schnelle Zusammenstellung einer großen Zahl von Gletscherumrissen und ihre zeitlichen Veränderungen. Zusätzlich zu diesen Bändern, die im Senkrechtaufnahme-Modus arbeiten, hat ASTER auch einen rückwärts blickenden Stereosensor, der zusammen mit den Daten der Senkrechtaufnahmen eine photogrammetrische Darstellung der Gletschertopographie und ihre zeitliche Entwicklung ermöglicht.

In jüngerer Zeit rückt verstärkt die Beobachtung von unterschiedlichen Arten eisfremden Materials auf den Gletscheroberflächen in den Fokus. Man entwickelt satellitengestützte Verfahren, mit denen man Fremdmaterial, das von feinen Aerosolpartikeln über Vulkanascheteilchen bis zu großen Gesteinblöcken reicht, unterscheiden kann. Solche Informationen über die geochemische Zusammensetzung von Debris im weiteren Sinne können möglicherweise helfen, Fragen über die Auswirkung des Klimawandels auf Gletscher zu beantworten (s.u. 'Painted Glaciers').

Weitere Informationen:

GLI

Engl. Akronym für Global Imager; optischer Sensor an Bord von ADEOS-II, der die von der Erdoberfläche und von Wolken reflektierte Sonnenstrahlung beobachtet. Seine Fähigkeit, auch Infrarotstrahlung zu erfassen, erweitert die Arbeitsbereiche auf Chlorophyllgehalt, organische Substanz, Vegetationsindex, Temperatur, Schnee- und Eisbedeckung und Wolkenverteilung. Diese Daten dienen dem Verständnis des globalen Kohlenstoffkreislaufes und von Klimaänderungen.

Gliederung

Engl. organization, franz. organisation du conténu d'image; nach DIN 18716 ein "grundlegender Vorgang der Bildinterpretation"; dort wird unterschieden:

  • flächenhafte Gliederung, bei der der Bildinhalt in einzelne Flächeneinheiten aufgelöst wird, und zwar in der Regel stufenweise von großflächigen zu kleinflächigen Einheiten;
  • linienhafte Gliederung, bei der die linienhaften Strukturen in einem Bild erfasst und in ihren hierarchischen Strukturen analysiert werden.
GLIMS

Engl. Akronym für Global Land Ice Measurements from Space; ein internationales Projekt (ca. 100 Institutionen aus 23 Ländern) zum Monitoring der irdischen Gletscher unter Federführung des USGS Astrogeology Research Program. Das Monitoring erfolgt mit Hilfe von hochauflösenden Satelliteninstrumenten wie Landsat ETM+ mit seinem panchromatischen Band in 15m-Auflösung und vor allem mit ASTER (15m im sichtbaren und nahen Infrarot-Bereich). Diese vermögen wichtige Einzelheiten von Naturgefahren darzustellen, z.B. Lawinen- und Schuttstromspuren, Gletscherspalten, Seen und die zeitlichen Veränderungen dieser Erscheinungen. Die satellitengestützten Beobachtungen werden durch flugzeuggetragene Systeme und in situ-Beobachtungen z.B. von Massenveränderungen der Gletscher ergänzt. Die aktuellen Satellitenbilder werden verglichen mit topographischen Karten und anderen Dokumenten über Gletscherstände. Die Aufnahmen erfolgen vorwiegend vom mittleren bis zum späteren Teil der Abschmelzsaison, dann ist das permanente Eis exponiert und dokumentierbar.

Das Verständnis von Gletschern führt uns zu einem größeren Verständnis unseres Klimasystems, des Klimawandels, des Zustandekommens von Kaltzeiten und der Auswirkung der globalen Erwärmung.

Junge Gletscherseen vor Rückzugsgletschern im Himalaya von Bhutan Junge Gletscherseen vor Rückzugsgletschern
im Himalaya von Bhutan


Das nebenstehende Satellitenbild aus ASTER-Daten zeigt junge Gletscherseen im unteren Bereich der Gletscherzungen. Die Gletscherseen sind Beleg für den alarmierend raschen Rückgang der Himalayagletscher. Sie bilden sich auf schuttbedeckten Gletscheroberflächen, am Ausfließen gehindert durch Moränen. Die Seen haben für den Schmelzvorgang einen selbstverstärkenden Effekt: Eis reflektiert die Sonnenstrahlen, wohingegen das Wasser die Wärme absorbiert, zum unterliegenden Eis überträgt und so weiteres Abschmelzen bedingt.

Zu höherer Auflösung auf Bild klicken.

Quelle: http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/NewImages/ Images/aster_bhutan_glaciers_lrg.jpg

Veränderungen der Gletscher können Gefahren für nahegelegene menschliche Gemeinschaften darstellen. Ausbrüche von Gletscherseen, Erdrutsche, Schuttströme und Schuttlawinen können mit ihren plötzlichen Fluten aus Wasser, Eis, Sedimenten, Felsblöcken, Bodenmaterial, und Schuttmassen Sach- und Personenschäden verursachen. Es ist noch ungeklärt ob einige dieser Gefahren zum normalen Verhalten von Gletschern gehören oder ob sie dramatische neue Bedrohungen von Seiten einer sich verändernden Kryosphäre ankündigen.

Weitere Informationen: GLIMS - Startseite (USGS)

Global Change

s. Globaler Wandel

Global Climate Observing System (GCOS)

1992 eingerichtetes System zur besseren Verfügbarmachung von Klimadaten für alle potentiellen Nutzer. Das System betreibt kein eigenes Beobachtungsnetz, sondern besitzt eher Impuls gebenden und koordinierenden Charakter. Es wird getragen von WMO, UNESCO, UNEP und ICSU und ist eines von insgesamt drei miteinander verbundenen Programmen von UN-Organisationen zur Umweltbeobachtung. Die beiden weiteren sind das Global Ocean Observing System (GOOS) und das Global Terrestrial Observing System (GTOS).

Schema globaler Beobachtungssysteme Schema globaler Beobachtungssysteme Legende

GTOS: Global Terrestrial Observing System
GCOS: Global Climate Observing System
GOOS: Globale Ocean Observing System
TOPC: Terrestrial Observation Panel for Climate
OOPC: Ocean Observation Panel for Climate
IGOS: Integrated Global Observing Strategy
GOSIC: Global Observing System Information Center
Coastal: Collaboration on coastal zones between GOOS and GTOS

Quelle: http://www.fao.org/gtos/Orgpartnrs.html

Im GCOS ist eine Liste von wesentlichen Klimavariablen (Essential Climate Variables, ECVs) definiert, mit denen man weltweit operationell arbeiten kann, und die gleichzeitig den Anforderungen von UNFCCC und IPCC entsprechen. Es gibt weitere Klimavariablen, die für das umfassende Verständnis des Klimasystems nötig sind, und die auch Gegenstand aktueller Forschung sind, die aber noch nicht auf systematischer Basis in die weltweite Datenerhebung eingebunden werden können.

Zusätzlich zur Wetterbeobachtung durch Satelliten bedarf das GCOS der Beobachtung von boden- und luftgestützten Plattformen aus, die sowohl in situ beobachten, wie auch mit Fernerkundungsmethoden arbeiten. Da keine einzelne Technologie alle nötigen Daten liefern kann, gibt es Instrumente auf Stationen an Land, wie auch auf Schiffen, fest verankerten Bojen, Treibbojen, Ozeanprofilern, Ballonen, Probensammlern, Flugzeugen und Satelliten. Diese Informationen führen dann durch Analyse und zeitliche wie auch räumliche Integration zu meteorologisch-klimatologischen Produkten.

Innerhalb des GCOS befasst sich die Global Atmosphere Watch (GAW) speziell mit Fragen der Atmosphärenchemie.

Klimavariablen

Measurements of variables in bold type are largely dependent on satellite observations.

Quelle: http://www.eohandbook.com/eohb2008/climate_variables.html

Weitere Informationen:

Global Earth Observation System of Systems (GEOSS)

Internationales Gremium zur Koordinierung verschiedener boden-, ozean- und satellitenbasierter Erdbeobachtungsprogramme, einschließlich Ozeanbojen, Wetterstationen und Atmosphärensonden. Die von 61 Staaten und 40 Internationalen Organisationen getragene Gründung des Gremiums folgt der Einsicht, dass einzelne Staaten, Agenturen oder Programme den Bedürfnissen der Erdsystemforschung und deren gesellschaftsorientierter Nutzanwendung nicht getrennt entsprechen können. Ein zehnjähriges Umsetzungsprogramm wurde im Februar 2005 auf dem 3. Erdbeobachtungsgipfel in Brüssel beschlossen.
Der erwartete gesellschaftliche und wirtschaftliche Nutzen von GEOSS umfasst folgende Punkte:

  • reduzierte Verluste an Menschenleben und an Eigentum bei Katarstrophen
  • besseres Verständnis für die Wirkung von Umweltfaktoren auf die menschliche Gesundheit
  • Verstehen des Klimawandels und Umgang mit seinen Folgen
  • verbessertes Ressourcenmanagement, z.B. bezüglich Energie und Wasser
  • besseres Management von Ökosystemen und Biodiversität, sowie
  • Unterstützung von nachhaltiger Landwirtschaft und Kampf gegen Desertifikation

Wesentlicher europäischer Beitrag zu GEOSS ist die Initiative zum Globalen Monitoring von Umwelt und Sicherheit (GMES).

Weitere Informationen:

Global Fire Monitoring Center (GFMC)

Das Zentrum zur globalen Beobachtung von Vegetationsbränden wurde von UN-Gremien initiiert und mit Unterstützung der Bundesregierung 1998 gegründet. Es ist organisatorisch mit der Arbeitsgruppe Feuerökologie des Max-Planck-Instituts für Chemie, Abteilung Biochemie (Mainz) verbunden, die als Forschungseinrichtung an der Forstwissenschaftlichen Fakultät der Universität Freiburg angesiedelt ist.

Weitere Informationen: Global Fire Monitoring Center - Startseite

Global Hawk

Landläufige Kurzbezeichnung für die Drohne Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk bzw. MQ-4 Triton, die von Northrop Grummans Ryan Aeronautical Center, San Diego, Kalifornien produziert wird. Als hochfliegendes Langstrecken-Aufklärungsflugzeug ersetzt die zunächst entwickelte Version RQ-4B derzeit bei der United States Air Force (USAF) die letzten Versionen des Aufklärungsflugzeugs U-2. In Deutschland wird eine andere Variante als Unbemanntes Luftfahrzeug (engl. UAS = Unmanned aircraft system) klassifiziert und als Euro Hawk bezeichnet, deren Entwicklung 2013 eingestellt wurde. Die RQ-4B ist das bisher größte in Serie gefertigte militärische unbemannte Flugzeug der Welt.
Die NASA erhielt zur zivilen Nutzung 2007 zwei RQ-4A Global Hawks von der US-Luftwaffe. Beide Exemplare sind auf dem Neil A. Armstrong Flight Research Center (vormals Dryden Flight Research Center) der Edwards Air Force Base stationiert. Später kam eine dritte Maschine dazu, die ebenfalls für wissenschaftliche Langzeit-Missionen in großen Höhen, wie der z. B. GloPac (Global Hawk Pacific) und WISPAR (Winter Storms and Pacific Atmospheric Rivers) von NASA und NOAA eingesetzt werden.

Weitere Informationen:

Global Monitoring for Environment and Security (GMES)

Im Dezember 2012 in Copernicus umbenanntes und im Aufbau befindliches, koordinierendes Programm von EU und ESA zur globalen Überwachung von Umwelt und Sicherheit auf der Grundlage von Satellitenfernerkundung und mit Hilfe von direkten Messungen. Für GMES wird mit Gesamtkosten von € 2,4 Mrd gerechnet.
Die drei Hauptziele von GMES lauten:

  • Aufbau eines tragfähigen Dialogs zwischen Daten- / Informationsanbietern und -nutzern zur optimalen Verwertung,
  • Schaffung eines European Shared Information System, nicht als Datenbasis sondern als Internet-ähnliche Informationsplattform mit leichtem Zugang zu Daten und Informationen,
  • Aufbau einer eigenen GMES-Behörde und eines Finanzierungsrahmens

GMES


Links:
Einsatzbereiche von GMES

Rechts:
Weltraum-gestützte Missionen
für GMES



Quelle: ESA

Die EU, die bisher von den Erdbeobachtungssatelliten der Amerikaner abhängig ist, erhält mit GMES die notwendige Informationshoheit gegenüber den USA. Zur Erreichung der Ziele ist der Aufbau eines Systems von ca. 30 Erdbeobachtungssatelliten für die zivile und militärische Nutzung vorgesehen, das 2014 voll einsatzfähig sein soll. Zunächst werden die Daten bestehender Satelliten (ERS-2, Envisat, Meteosat, MSG-1 und Spot) zunehmend vernetzt ausgewertet. Dies führt zu einem effektiveren und umfassenderen Informationsgewinn. Darüber hinaus werden neue Satelliten, aber auch erd- und luftgebundene Kapazitäten, mit unterschiedlichen Spezialfähigkeiten für die Erdbeobachtung entwickelt. Die politische Konzeption erfolgt hierbei durch die EU, die ESA übernimmt die technologische Verantwortung.
Die GMES-spezifischen Missionen umfassen mindestens fünf Satelliten der Sentinel-Serie:

  • Sentinel-1: Radar-Aufnahmen nach dem SAR-Prinzip im C-Band
  • Sentinel-2: hochauflösende, multispektrale Aufnahmen im optischen Bereich
  • Sentinel-3: Infrarot-Radiometrie (hochgenaue Temperaturmessung), Altimetrie (Höhenmessung über Radar) und multispektrale Aufnahmen mit 500-1000 m Bodenauflösung. Diese Kombination von Messungen sind wichtig für Küstenüberwachungen, Vorhersagen über Strömungen und Wellengang auf den Meeren und für Umweltdaten auf dem Land.
  • Sentinel-4 & 5: Gasanalysen der Atmosphäre mit verschiedenen Messkonzepten

Zu den weiteren europäischen Erdbeobachtungssatelliten, die in GMES eingebunden sind oder nach ihrem Start eingebunden werden, gehören ENVISAT, Meteosat, MetOp, Spot, COSMO-Skymed/Pleiades, TerraSAR, Tandem-X, RapidEye, Topsat, sowie die ESA-Earth Explorer Missions, wie CryoSat, SMOS, GOCE, ADM-Aeolus.

Ab 2008 werden zur Umsetzung von GMES zunächst innerhalb kurzer Zeit drei Vorläuferdienste ausgelegt und operativ umgesetzt:

  • Reaktion auf Krisensituationen
  • Überwachung der Landflächen
  • Dienste für die Schifffahrt

Diese GMES-Dienste sollen das Krisenmanagement z. B. bei Umweltkatastrophen unterstützen. Sie sollen ferner dazu beitragen, die Landvermessung zu vereinfachen und die Stadtplanung in Europa zu unterstützen. Durch routinemäßige Meeresbeobachtungen sollen Vorhersagen über Strömungen, Wassertemperaturen, Wellengang und Wellenhöhen ermöglicht werden, analog zu den heute üblichen Wetterprognosen.

Weitere Informationen:

Global Navigation Satellite System (GNSS)

Dt. Globales Navigationssatellitensystem; allgemeine Bezeichnung für ein weltweit verfügbares System zur Positions- und Zeitbestimmung und Navigation auf der Erde und in der Luft durch den Empfang der Signale von Navigationssatelliten und Pseudoliten. GNSS ist ein passives System, d. h. der Nutzer kommuniziert nicht mit dem Satelliten, sondern empfängt nur Signale.

Die im ESA-Sprachgebrauch erste Stufe (GNSS 1) basiert auf den vorhandenen Systemen GPS und GLONASS und bezieht ergänzende zusätzliche Maßnahmen ein, um für eine bestimmte Region die Situation für die zivile Navigation zu verbessern. In Europa werden dazu unter dem Namen EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) Transponder auf geostationären Kommunikationssatelliten (INMARSAT) installiert, um vorrangig Sicherheits- und Zuverlässigkeitsinformationen über den Systemzustand zu übermitteln. Im Jahre 2002 wurde beschlossen, im Rahmen von GNSS 2 ein eigenständiges ziviles europäisches Satellitennavigationssystem unter der Bezeichnung Galileo aufzubauen. Das chinesische System Compass befindet sich im Aufbau.

Weitere Informationen:

Global Observing System (GOS)

Globales meteorologisches Beobachtungssystem mit den Komponenten bodengestützte Fernerkundung, mobile Plattformen, Satelliteneinsatz und GPS (GPS-MET).

Komponenten des Systems Komponenten des GOS

Für höhere Auflösung auf Grafik klicken

Bodennahe Wetterbeobachtung

Bodennahe Wetterbeobachtung in ca. 11.000 Stationen als Rückgrat des
Systems. Die roten Punkten stehen für Messungen an Land, die blauen
für Beobachtungen von Schiffen aus.

Beobachtungen des oberen Luftraums mit Ballonaufstiegen

Beobachtungen des oberen Luftraums mit Ballonaufstiegen bis
in 30 km Höhe

Wetterbeobachtung auf den Ozeanen

Wetterbeobachtung auf den Ozeanen erfolgt von Schiffen aus, sowie von
verankerten oder frei treibenden Bojen und stationären Plattformen.

Über 3000 Flugzeuge liefern Daten zu Druck, Wind und Temperatur

Quelle: http://www.wmo.ch/web/www/OSY/GOS.htm

Weitere Informationen:

Global Positioning System (GPS)

Satellitengestütztes Ortungssystem zur Positionsbestimmung eines beliebigen Punktes auf der Erdoberfläche. GPS wird unter der vollständigen Bezeichnung NAVSTAR (NAVigation System with Time and Ranging) GPS vom U.S.-amerikanischen Verteidigungsministerium seit der Mitte der 70er Jahre aufgebaut, unterhalten und weiterentwickelt. Die Endausbaustufe wurde 1994 erreicht. Die Lebensdauer der Satelliten ist auf 10 Jahre ausgelegt, sie werden bei Bedarf ersetzt. Für zivile Nutzer ist eine ständige Verfügbarkeit im Rahmen des Standard Positioning Service (SPS) garantiert. Das Messprinzip ermöglicht den Einsatz sowohl für feste Beobachtungsaufstellung, als auch für bewegte Messträger wie Personen, Fahrzeuge und Satelliten.

Satelliten des GPS-Systems GPS-Satellit (Block II) Global Positioning System

 

Links: Die 24 in 6 Orbitalebenen angeordneten
Satelliten des GPS-Systems

Quelle: http://www.garmin.com/aboutGPS/


Rechts: GPS-Satellit (Block II) des aktuellen, zwischen
1989 und 1994 ins All gebrachten Systems.

Quelle: http://www.aero.org/publications/GPSPRIMER/Satellites.html

 

Die Satellitenkonfiguration besteht nominell aus 24 Satelliten in einer Bahnhöhe von 20.200 km und ist so gestaltet, dass von jedem Punkt der Erde aus gesehen jederzeit mindestens vier Satelliten über dem Horizont stehen. Die Satelliten vollziehen zwei komplette Erdumläufe in weniger als 24 h.
Das Navigationsprinzip beruht auf der gleichzeitigen Messung sog. Pseudoentfernungen zwischen mindestens vier Satelliten und einem GPS-Empfänger auf der Nutzerseite. Dazu senden die Satelliten auf zwei Trägerfrequenzen kodierte Signale sowie die vom Kontrollsegment bestimmten Broadcastephemeriden zur Berechnung der Satellitenpositionen aus. Aus den jeweiligen Satellitenpositionen und den aus der Laufzeitmessung durch Multiplikation mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit ermittelten Pseudoentfernungen wird empfängerintern in Echtzeit oder durch nachträgliche Bearbeitung der aufgezeichneten Daten die Nutzerpositionen berechnet.

Wegen der Bedeutung der genauen Laufzeitmessung der Satellitensignale sind die Satelliten mit hochpräzisen Uhren ausgestattet, die eine Genauigkeit von unter 3 Nanosekunden besitzen.
Je nach Messanordnung, Satellitenkonfiguration, Signalnutzung und Fehlermodellierung lassen sich sehr unterschiedliche Genauigkeiten erzielen. Wesentliche Fehlerquellen sind die verfügbaren Bahninformationen, die Signalausbreitung in der Atmosphäre sowie in der Antennenumgebung und die aus militärischen Gründen eingeführte Signalverschlechterung.
Mit einem einzelnen Empfänger wird für zivile Nutzer (Handgerät) meist eine Genauigkeit von ca. 10-20 m erzielt. Durch Relativmessungen (Differenzial-GPS, DGPS) zu bestehenden oder gesondert eingerichteten GPS-Referenzstationen lässt sich eine Genauigkeit von 2 bis 5 m, erzielen, mit professionellen Geräten auch darunter.

DGPS-Einsatz im Agrarbereich
DGPS im Agrarsektor

DGPS-ReferenzstationDGPS Referenzstation

Mit der Verarbeitung von mindestens 3 Satellitensignalen kann eine Standortbestimmung erfolgen. Mindestens 4 Signale sind erforderlich, um zusätzlich die aktuelle Höhe über Null zu bestimmen. Flächenvermessung, Positionsbestimmungen zur GPS-gestützten Bodenprobenahme, Bonitierungen in Flächen oder Unkrautkartierungen, Routenplanung und Flottenmanagement, exaktes Anschlussfahren oder Fahrspuraufzeichnung zur Dokumentation von Arbeiten sind denkbare Anwendungen in der Landwirtschaft.
Seit Mai beträgt die Genauigkeit bei der GPS-Positionsbestimmung im Regelfall ca. 3 bis 5 Meter. Die Genauigkeit von GPS kann durch sogenannte differentielle Korrekturen (DGPS) deutlich verbessert werden. Differentielle Korrekturdaten werden von einer sog. Basis- oder Referenzstation ermittelt und an einen DGPS Empfänger übertragen. Die höchste Präzision, nämlich +/- 2 cm absolute Genauigkeit, erreicht das StarFire-System mit RTK Extra (Abb.).
Quelle: topagrar

 

Weitere Informationen:

Global Precipitation Climatology Centre (GPCC)

Das Weltzentrum für Niederschlagsklimatologie (WZN) liefert globale Niederschlagsanalysen für die Klimaüberwachung und Klimaerforschung. Das Zentrum ist ein deutscher Beitrag zum Weltklimaforschungsprogramm (WCRP) und zum globalen Klimabeobachtungssystem (GCOS).

Weitere Informationen:

Global Sea Level Observing System (GLOSS)

Internationales Programm, das weltweit Pegelstationen zur Messung des Meeresspiegels vernetzt. Die standardisierten Informationen über die Meeresspiegelhöhe sind ein wichtiger Indikator für den Wärmegehalt des Ozeans, der seinerseits das Weltklima beeinflusst. Die Stationen sind verbunden mit dem globalen geodätischen Referenzsystem, das vom International Earth Rotation Service (IERS) vorgehalten wird. Dieses bedient sich neuer geodätischer Techniken, wie der Very Long Baseline Interferometry (VLBI), dem Global Positioning System (GPS) und absoluten Schwerefeldmessungen. GLOSS ist ein Teil des globalen Meeresbeobachtungssystems (GOOS) der Intergovernmental Oceanographic Commission (IOC).

Weitere Informationen:

Global Terrestrial Observing System (GTOS)

Programm zur Erforschung und Dokumentation der terrestrischen Ökosysteme in ihrer Dynamik. Es hat das Ziel, Wissenschaft und Politik die für eine nachhaltige Entwicklung nötigen Informationen bereit zu stellen.

Weitere Informationen: GTOS - Startseite

Globale Beobachtungssysteme

Gesamtheit der in den 1980er Jahren von mehreren UN-Organisationen angeregten Programme zur umfassenden und globalen Langzeitbeobachtung von klimabezogenen Phänomenen. Sie sind in Kooperation mit der Wissenschaftsgemeinde und nationalen Regierungen Hauptbestandteil der UN-Earthwatch. Als Partner mit satelliten- und bodengestützten Systemen zur globalen Umweltbeobachtung von Atmosphäre, Meeren und Land sind die Programme in der Integrated Global Observing Strategy (IGOS) zusammengefasst.

Weitere Informationen:

globale Operation

Engl. global operations, franz. opérations globales; nach DIN 18716 Bezeichnung für "bildbasierte Bildverarbeitungsoperationen". Die Fouriertransformation ist ein Beispiel für eine globale Bildverarbeitungsoperation.

Globaler Wandel

1. Im engeren Sinne: Syn. Globale Umweltveränderungen, Global Change; durch Eingriffe des Menschen in die natürliche Umwelt bedingte Veränderungen mit globalem Ausmaß. Besonders der Klimawandel, der Verlust biologischer Vielfalt, die Bodendegradation sowie die Verknappung und Verschmutzung von Süßwasser zählen zu den weltweit voranschreitenden kritischen Veränderungen der natürlichen Umwelt. Beschleunigt werden diese Eingriffe in die natürliche Umwelt durch die anhaltende Ausbreitung nicht nachhaltiger Lebensstile, die anhaltende absolute Armut sowie das Bevölkerungswachstum. Eine Folge globaler Umweltveränderungen ist die wachsende Verwundbarkeit vor allem der Entwicklungsländer gegenüber Naturkatastrophen,  Nahrungskrisen und Erkrankungsrisiken. Umweltzerstörung ist daher auch zu einer Sicherheitsfrage geworden. Die Herausforderung für Wissenschaft und Politik liegt in der neuen Qualität dieser weltweit wirksamen Eingriffe des Menschen in das System Erde. Mit globaler Umwelt- und Entwicklungspolitik, die sich am Leitbild der nachhaltigen Entwicklung orientiert, sollen diese Probleme bewältigt werden.

Das Monitoring des globalen Wandels ist ein ideales Einsatzfeld für Fernerkundungsverfahren (s. Umweltmonitoring und Fernerkundung):

2. Im weiteren Sinne: International übergreifendes Phänomen, welches globale Umweltveränderungen, ökonomische Globalisierung, kulturellen Wandel und ein zunehmendes Nord-Süd-Gefälle umfasst.

Weitere Informationen:

Globalstrahlung

Syn. Insolation (von engl. incoming solar radiation), engl. auch global/sky radiation, franz. rayonnement global; die bei der photogrammetrischen Aufnahme von Satellitenbild und Luftbildern wirksame Beleuchtung der Erdoberfläche als Summe der gerichteten (direkten) Sonnenstrahlung (Q) und der durch Absorption und Streuung in der Atmosphäre entstehenden diffusen Himmelsstrahlung (q).

DIN 18716 definiert den Begriff knapp als "Summe der direkten Sonnenstrahlung und der diffusen Himmelsstrahlung".

Um die mit dem Begriff bezeichnete Energie zu bestimmen, beginnt man mit dem Strahlungsangebot außerhalb der Atmosphäre. Die sog. Solarkonstante gibt die Strahlungsleistung an, die außerhalb der Erdatmosphäre senkrecht auf eine Fläche trifft. Ihr Wert liegt bei etwa 1,35 kW/m². 90% dieser Solarstrahlung liegt im Bereich des sichtbaren Lichts (Tageslicht) und des nahen Infrarots.
Auf dem Weg durch die Atmosphäre bis zur Erdoberfläche gehen 53% der Solarleistung verloren. Die verbleibenden 47% setzen sich zusammen aus direkter Solarstrahlung und diffuser Himmelsstrahlung, die Summe beider Komponenten wird als Globalstrahlung bezeichnet. Sie unterliegt starken regionalen Unterschieden, da die diffuse Reflexion und selektive Absorption von der Ausprägung unterschiedlicher Faktoren gesteuert wird. Wesentliche Parameter sind die breitenabhängige Länge des Strahlungsweges, der unterschiedliche Gehalt an Wasserdampf und Aerosol in der Atmosphäre sowie der wechselnde Bewölkungsgrad.

Obwohl sich beide Komponenten mit atmosphärischen Bedingungen und Bewölkung stark ändern, ist das Spektrum ihrer Summe für wolkenfreien und bewölkten Himmel relativ konstant.

GlobColour

Engl. Akronym für Global Ocean Colour for Carbon Cycle Research; dieses ESA-Projekt beinhaltet die Entwicklung eines 10 Jahre umfassenden globalen Datensatzes zur Ozeanfarbe durch die Mischung der Informationen von Sensoren unterschiedlicher Satelliten:
MERIS auf ENVISAT, MODIS auf Aqua und SeaWiFS auf OrbView-2 (syn. SeaStar).

Weitere Informationen:

GlobCover

GlobCover ist ein Zweijahresprojekt mit dem Ziel, die mit 300 m Bodenauflösung detaillierteste, frei verfügbare Karte der globalen Landbedeckung zu entwickeln. Das Projekt bereitet Daten auf, die für die Bereiche Landnutzung, Ökosysteme und Klimawandel bedeutsam sind. Der europäische Satellit Envisat liefert mit seinen Sensoren MERIS und ASAR den Großteil der Daten zu GlobCover. Das MERIS-Instrument wird für dieses Projekt systematisch im Full-Resolution-Modus eingesetzt. Täglich fertigt es durchschnittlich 150 Minuten Bildmaterial mit einer Raumauflösung von 300 Metern an.
Mit mehr als 20 unterschiedlichen Oberflächenklassen soll sie auf einzigartige Weise das Antlitz unseres Planeten abbilden. Man rechnet mit einer Datenmenge von ca. vierzig Terabyte (1.000 Gigabyte), die im Zeitraum vom Januar 2005 bis zum Juni 2006 aufgenommen wurden. GlobCover ist Teil des Earth Observation Data User Element der ESA, und es ist mit dem UN Land Cover Classification System kompatibel. Die Daten werden seit September 2008 der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

Erste weltweite Karte der Landbedeckung mit 300 m Auflösung

Dieses Mosaik der weltweiten Landbedeckung entstammt dem ENVISAT-Instrument MERIS. Für dieses Mosaik wurden die wolkenfreien Aufnahmen von 1561 Orbits verwendet, die im Mai, Juli, Oktober und November 2004 stattfanden. Das Farbkompositbild wurde durch die Mischung der MERIS-Spektralkanäle 2, 3, 5 und 7 generiert.

Zu größerer Darstellung auf Bild klicken!

Quelle: http://www.esa.int/esaCP/SEMHKL5TI8E_Germany_1.html
 

Weitere Informationen:

GLOBE

Engl. Akronym für Global Learning and Observations to Benefit the Environment; weltweites Programm, das Forschung und Bildung im Bereich Umwelt miteinander verknüpft. Schüler, Lehrer sowie Wissenschaftler arbeiten gemeinsam daran, durch langfristige Beobachtung umweltrelevanter Parameter ein tieferes Verständnis über das Zusammenwirken der einzelnen Umweltkompartimente Klima, Gewässer, Boden und Vegetation zu erreichen. Die Erhebung und Auswertung von Umweltdaten erfolgen nach genau definierten Protokollen. Diese wurden von den beteiligten Wissenschaftlern für die Schüler ausgearbeitet.
GLOBE geht auf eine Initiative des ehemaligen US-amerikanischen Vizepräsidenten Al Gore zurück, der GLOBE am 24. Earth Day (22.4.1994) ankündigte und alle Länder zur Teilnahme einlud. Die politische Zusage Deutschlands erfolgte im gleichen Jahr. Inzwischen beteiligen sich ca. 1.000 Schulen in 97 Ländern an GLOBE.
Ursprünglich vom DLR betreut, lag die Koordination von GLOBE Deutschland vorübergehend beim Leibniz-Institut für die Pädagogik der Naturwissenschaften (IPN) an der Universität Kiel. Die Zukunft von GLOBE Deutschland ist nach dem Ende der Finanzierung durch die Bundesregierung ungewiss. Anfang 2012 hat sich GLOBE-Deutschland auf Vereinsbasis neu konstituiert. Seine Ziele und Aktivitäten sind nachzulesen auf www.globe-deutschland.de. Sie entsprechen dem internationalen GLOBE-Programm.

Weitere Informationen: GLOBE Deutschland, Poster (IPN)

GLONASS

Russ. Akronym für Global'naya Navigatsionnaya Sputnikova Sistema, ein dem NAVSTAR GPS sehr ähnliches globales Satelliten-Navigationssystem der früheren UdSSR, das jetzt von der russischen Föderation weiter betrieben wird.

Weitere Informationen: Russian Space Agency, Information-Analytical Centre

GLORIA

Engl. Akronym für Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere; neuartige Infrarot-Kamera, die die von den atmosphärischen Gasen ausgesandte Wärmestrahlung in ihre Spektralfarben zerlegt. Dadurch können diese Gase und ihre großräumigen Bewegungen sehr genau abgebildet werden. GLORIA wurde am Forschungszentrum Jülich und dem Karlsruher Institut für Technologie gemeinsam entwickelt. Es ist weltweit das erste einer neuen Generation von Messinstrumenten, die in Zukunft auch auf Satelliten eingesetzt werden sollen. Die Infrarot-Kamera registriert in zehn bis 20 Kilometern Höhe zahlreiche klimarelevante Spurengase, die hier durch atmosphärische Austauschprozesse vertikal und horizontal vermischt werden. Das Gerät misst diese Prozesse erstmals mit einer sehr hohen räumlichen Auflösung. So wird es für die Forscher möglich, aktuelle Klimamodelle zu testen und zu verbessern.

Ein weiterer Schwerpunkt der Messungen mit GLORIA sind die sogenannten "Schwerewellen" in der Atmosphäre: starke Luftturbulenzen, die bei bestimmten Wetterlagen unter anderem an der Rückseite von Gebirgszügen entstehen. In der Luftfahrt sind diese Wellen gefürchtet, sie spielen aber auch für das Klima eine wichtige Rolle.

Nach erfolgreichem Ersteinsatz auf dem Forschungsflugzeug Geophysica wird das Spektrometer ab Sommer 2012 an Bord des neuen deutschen Forschungsflugzeugs HALO installiert. Von 2020 an soll eine weltraumtaugliche Version von GLORIA wichtige Klimadaten an Bord eines ESA-Satelliten sammeln.

Weitere Informationen: GLORIA: weltweit einzigartiges Experiment für die Klimaforschung (FZ Jülich)

Glory

Gescheiterte Fernerkundungsmission der NASA mit zwei getrennten Aufgabenbereichen. Der auf einer erdnahen (705 km) Umlaufbahn (LEO) fliegende Glory-Satellit sollte den Einfluss der Energieabstrahlung der Sonne auf das Klima und die Atmosphäre der Erde untersuchen. Mit dem Total Irradiance Monitor-Instrument (TIM) sollte Glory die langfristigen Messungen der Gesamtstrahlung der Sonne (solar irradiance) durch die Earth-Radiation-Budget- und ACRIM-Instrumente weiterführen und ebenso die Messungen des SORCE-Satelliten. Zudem hatte Glory ein Instrument (Aerosols Polarimetry Sensor, APS) zur Erforschung der natürlichen und anthropogenen Aerosole der Erdatmosphäre an Bord. Dabei stand die Bestimmung der globalen Verteilung, der mikrophysikalischen Eigenschaften sowie der chemischen Zusammensetzung von Aerosol und Wolken im Blickpunkt, deren Genauigkeit und Umfang eine zuverlässige Quantifizierung des direkten und indirekten Aerosol-Einflusses auf das Klima erlaubt. Zur Unterstützung dieses Instruments befand sich eine Kamera an Bord, um die Wolken im Blickfeld des Aerosol-Sensors zu erkennen.

Der Satellit wurde von der Orbital Sciences Corporation in Dulles, Virginia im Auftrag des Goddard Space Flight Center gebaut. Dabei kam der Satellitenbus des eingestellten VCL-Satelliten zum Einsatz, der über mehrere Jahre eingelagert war. Es handelte sich dabei um ein drei-Achsen-stabilisiertes Raumfahrzeug mit einem Steuersystem, welches den Satelliten zur Sonne und nach Kalibrierungssternen ausrichtet. Das Startgewicht betrug 545 Kilogramm. Die Solarzellen sollten eine Leistung von 400 Watt liefern.

Glory war Bestandteil des Earth Observing Systems (EOS). Der Satellit wurde am 4. März 2011 gestartet, erreichte aber aufgrund des Versagens der Trägerrakete Taurus 3110 (Taurus XL) keine Erdumlaufbahn und stürzte in den Pazifik.

Weitere Informationen:

GLOSS

Siehe Global Sea Level Observing System

GMES

Siehe Global Monitoring for Environment and Security

GMOSS

Engl. Akronym für Global Monitoring for Security and Stability; ein integrierendes Netzwerk aus dem Bereich wissenschaftlicher und technologischer Forschung, das die Sicherheitsaspekte der EU-Initiative zu globalem Umwelt- und Sicherheitsmonitoring auf Satellitenbasis unterstützt. Das 2004 etablierte Netzwerk soll die diesbezüglichen autonomen Fähigkeiten Europas aufbauen und stärken.

Die relevanten wissenschaftlichen und technologischen Bereiche umfassen:

  1. die generischen Methoden, Algorithmen und die Software, die für die automatische Interpretation und Visualisierung von Bilddaten nötig sind, einschließlich der Objekterkennung und der Veränderungserkennung (change detection),
  2. die spezifischen Wissenschaftszweige und Technologien zur Gewährleistung von:
    a) effektivem Monitoring internationaler Verträge gegen die Weiterverbreitung von Massenvernichtungswaffen
    b) besserer Abschätzung von Bevölkerungsentwicklungen auf globaler Basis
    c) besserem Monitoring von Infrastrukturen und Grenzen
    d) rascher Schadensbilanzierung,
  3. die Untersuchung von aktuellen und zukünftigen Bedrohungen und die Notwendigkeit zum Informationsaustausch während Krisensituationen.

GMOSS besitzt eine Laufzeit von vier Jahren und besteht in der Anfangsphase aus 25 Organisationen aus dem öffentlichen und dem privaten Sektor.

Weitere Informationen:

GMS-5

Siehe Geostationary Meteorological Satellite

GOCE

Engl. Akronym für Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer; Satellit der ESA zur präzisen Modellierung des irdischen Schwerefeldes und des Geoids. Der Start erfolgte am 17. März 2009 mit einer russischen Rockot-Rakete vom russischen Weltraumbahnhof Plesetsk aus.

Das Hauptinstrument des Forschungssatelliten ist ein 3-Achsen-Schweregradiometer, bestehend aus je 2 hochempfindlichen Beschleunigungssensoren pro Achse im Abstand von je 0,5 m. Die differentielle Beschleunigungsmessung ergibt die 2. Ableitung des Schwerepotentials (Eötvös-Tensor, Schweregradienten). Die sonnensynchrone polare Umlaufbahn des 5,3 Meter langen und ca. 1.100 kg schweren Satelliten wird mit Hilfe einer GPS-Antenne auf wenige cm genau bestimmt (satellite to satellite tracking). Sie verläuft extrem niedrig in etwa 260 km Höhe und besitzt eine Neigung von 96,5 Grad.

Aus wissenschaftlicher Sicht bildet GOCE die Fortsetzung der Schwerefeldsatellitenmissionen CHAMP (Deutschland, 2000) und GRACE (USA/Deutschland, 2002).
Durch die drei Missionen CHAMP, GRACE und GOCE zeichnet sich ein Qualitätssprung ab hinsichtlich Genauigkeit, Auflösung und globaler Überdeckung. Damit wird die Einbeziehung von Schwerefeldinformation auch für eine wachsende Zahl von geowissenschaftlichen Anwendungen interessant werden. Gute Beispiele sind die Bestimmung der dynamischen Meerestopographie zur Erfassung der Ozeanzirkulation oder die Beschreibung der Lithosphärenstruktur durch die Kombination von seismischen Ergebnissen mit Schwerefelddaten. Weitere Anwendungsbereiche sind die Bestimmung der Topographie des Meeresbodens und der Dicke des Eises auf den Polarmeeren sowie die Rekonstruktion der Dichte der großen Eisschilde.
Von den drei Missionen wird GOCE die höchste räumliche Auflösung erreichen und Strukturen ab ca. 70 km Größe erfassen können. GRACE hingegen zielt eher auf die Messung von zeitlichen Variationen im Schwerefeld.

Wissenschaftliche Ziele der GOCE-Mission:

  • Errechnung eines hochgenauen, globalen Modells der Schwerkraftfelder der Erde sowie des Geoids, das als Grundlage für Forschungsziele in den verschiedenen Geowissenschaften dient, wie z.B.
  • die Schaffung eines nationalen, kontinentalen und globalen Höhenreferenzsystems, welches die Erforschung von topogra phischen Prozessen erleichtert,
  • die Entstehung von Eisschichten und die Topographie der Landflächen,
  • ein neues Verständnis der Struktur der Erdkruste und der Lithosphäre, zum Beispiel an den Kontinentalrändern, sowie geodynamischer Prozesse wie der Mantelkonvektion mit Hilfe seismischer Daten (regional, global),
  • ein Modell von Ozeanzirkulation und Wärmetransporten im Ozean (global und regional). Hier werden die GOCE-Daten mit Daten aus der Satellitenaltimetrie kombiniert,
  • ein Modell der Eisdicke, welches Gradiometerdaten von GOCE mit Altimeterdaten verbindet,
  • eine genaue Erfassung des Meeresspiegels und das Verständnis seiner Variationen. Für neue Erkenntnisse in diesem Bereich benötigen wir Fortschritte auf allen gerade genannten Gebieten.
Untersuchungsobjekte der GOCE-Mission Untersuchungsobjekte der GOCE-Mission

Das Schwerefeld, das sich aus den GOCE-Daten ableiten lässt, spielt zweierlei Rollen in den Geowissenschaften: einmal entspricht das ermittelte Geoid einem hypothetischen Meeresspiegel im Ruhezustand (relevant für die Ozeanzirkulation, Meeresspiegelanstieg, Höhensysteme) und zweitens spiegelt die Gravitation Prozesse im Erdinnern (z.B. Massenänderungen, Sedimentierung, Entstehung von Grabenbrüchen).

Ziel der Forschung ist aktuell, zu einem besseren Verständnis der Gravitationsfelder der Erde und des damit verbundenen Geoid zu gelangen. Dadurch wird man besser nachvollziehen können, wie die Erde funktioniert. Zahlreiche praktische Anwendungsgebiete ergeben sich daraus: So wird man die Physik und Dynamik im Erdinneren anhand einer verbesserten Karte der Gravitationsfelder besser verstehen können, da die Gravitation direkt aus der Verteilung der Masse im Erdinneren resultiert. Ein präzises, erdumfassendes Geoidmodell ermöglicht einen neuen Forschungsansatz und führt zu einem besseren Verständnis der Ozeanzirkulation. Dies wiederum spielt eine wichtige Rolle für den weltweiten Energieaustausch. Auch um die Veränderungen des Meeresspiegels zu messen und für ein weltweit einheitliches Höhensystem benötigen wir ein globales, zentimetergenaues Geoidmodell, wie GOCE es liefern wird. Mit diesem können dann Gebirge und Küsten auf den verschiedenen Kontinenten miteinander verglichen werden.

Zu größerer Darstellung auf Bild klicken!

Quelle: http://www.goce-projektbuero.de
 

GOCE ist die erste Kernmission der ESA im Rahmen ihres Erderkundungsprogramms „Living Planet“. Eine Serie hochspezialisierter Satelliten wird gesicherte Daten über die in der Atmosphäre, in den Ozeanen und auf dem Festland ablaufenden Prozesse liefern sowie neue Erkenntnisse globaler Umweltveränderungen gewinnen. Diese dienen als Grundlage politischer, wirtschaftlicher, wissenschaftlicher und technologischer Entscheidungen.

Ursprünglich sollte der Satellit in Abhängigkeit von seinem Treibstoffvorrat nur 1,5 Jahre in der Umlaufbahn bleiben. Dass sein Treibstoff länger hielt, hängt mit der Sonne zusammen. Ist das Zentralgestirn relativ aktiv, dehnt sich die Erdatmosphäre leicht aus. Das beeinträchtigt den Satelliten in seinem niedrigen Orbit: Er wird leicht abgebremst und benötigt mehr Energie, um seine Bahn zu halten. Da die Sonne in den vergangenen Jahren aber sehr ruhig war, konnte GOCE treibstoffsparend fliegen.

Nachdem der Satellit seine geplante Einsatzzeit nahezu verdreifacht hat, wird er voraussichtlich Anfang November 2013 aufgrund von Treibstoffmangel seinen Dienst beenden. Danach wird er in die dichtere Atmosphäre sinken, dabei zerbrechen und großenteils verglühen, wobei auch einige kleinere Teile die Erdoberfläche erreichen können.

GOCE hat mit seiner Mission eine hochgenaue Kartierung von Variationen des irdischen Schwerefeldes ermöglicht. Mit seinen Daten wurde es Wissenschaftlern möglich, die Moho (Kruste- / Mantelgrenze) hochaufgelöst in einer Karte darzustellen. Neben vielen weiteren Ergebnissen spürte GOCE auch Schallwellen auf, die von dem schweren Erdbeben in Japan vom 11. März 2011 ausgingen.

41 europäische Unternehmen arbeiteten bei der Realisierung des Satelliten zusammen. Die Führung hatte die italienische Thales Alenia Space. In Deutschland war EADS Astrium (Immenstaad) der Hauptauftragnehmer für die Satellitenplattform.

Das Europäische Satellitenkontrollzentrum ESOC in Darmstadt steuert die Flugoperationen und übernimmt die Missionskontrolle. Die Datenverarbeitung und Bereitstellung erfolgt im Europäischen Zentrum für Erdbeobachtung (integriert in ESRIN), in Frascati bei Rom. Die wissenschaftliche Datenauswertung wird im Auftrag der ESA von einem Konsortium aus zehn europäischen Universitäten und Forschungseinrichtungen durchgeführt. Es wirken Wissenschaftler aus Bern, Bonn, Delft, Graz, Kopenhagen, Mailand, München, Potsdam, Toulouse und Utrecht mit.

Weitere Informationen:

GODAE

Engl. Akronym für Global Ocean Data Assimilation Experiment; internationales Experiment mit der Vision eines globalen Systems von Beobachtungen, Informationsflüssen, Modellierungen und Datenintegration, das regelmäßig und in Echtzeit umfassende Informationen über den Zustand der Ozeane in drei Dimensionen liefert.

Weitere Informationen:

Goddard Space Flight Center (GSFC)

Teilorganisation der NASA mit der Aufgabe, das Wissen über die Erde und ihrer Umgebung, über das Sonnensystem und das Universum durch weltraumbasierte Beobachtungen zu erweitern.

Weitere Informationen:

GOES

s. Geostationary Operational Environmental Satellite

GOME

Engl. Akronym für Global Ozone Mapping Experiment; Nutzlastinstrument auf ERS-2 und METOP (verbesserte Version GOME-2). GOME ist ein Spektrometer, das die von der Atmosphäre gestreute Sonnenstrahlung im ultravioletten und im sichtbaren Spektralbereich (240 bis 790 nm) misst. Es kann eine Reihe von atmosphärischen Spurenbestandteilen messen mit dem Schwerpunkt auf der globalen Ozonverteilung.

Weitere Informationen:

GOMOS

Engl. Akronym für Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars, ein Sensor auf ENVISAT der der sehr genauen Messung von Ozon in der Stratosphäre sowie Profilmessungen von Spurengasen in der oberen Troposphäre und der Mesosphäre dient. Mit seinem UV-VIS-Spektrometer (250 - 675 nm) und seinem Infrarot-Spektrometer (756 - 773 nm / 926 - 952 nm) nimmt GOMOS untergehende Sterne gegen den dunklen Himmel ins Visier und misst deren Lichtspektrum durch die Atmosphäre hindurch. GOMOS wiederholt diese Messungen bis zum Verschwinden der Sterne hinter dem Horizont. Die Spektren ändern sich wegen der unterschiedlichen Absorption durch Ozon und Spurengase in der Atmosphäre in Abhängigkeit von der relativen Sternenposition.

Zu der Ausstattung von GOMOS gehören zwei weitere Photometer und ein sog. "star tracker" zur Identifizierung und Verfolgung der scheinbaren Sternenbahnen. Aus den Messwerten kann die Menge an Ozon und Wasserdampf in der Atmosphäre in Höhen von 20 bis 100 km ermittelt werden.

Die GOMOS-Mission ist vor dem Hintergrund der während der letzten Dekaden offensichtlich gewordenen Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre zu sehen. Diese Veränderungen vollziehen sich in globalem Maßstab und sie sind teilweise anthropogen bedingt. Ozon spielt in der Atmosphärenchemie eine zentrale Rolle. Es ist durch die Absorption von schädlicher UV-Strahlung weitgehend für die Erwärmung der Stratosphäre verantwortlich, es bestimmt in hohem Maße die oxidative Kapazität der Troposphäre, und es ist ein wichtiges Treibhausgas. Auch hat die Entdeckung des "Ozonlochs" über der Antarktis die Aufmerksamkeit auf den globalen Ozonhaushalt gelenkt.

Die wichtigsten Ziele der GOMOS-Mission sind:

  • die Erstellung von Messprofilen bzgl. Ozon, NO2, NO3, OClO, Temperatur and Wasserdampf,
  • die Fähigkeit zur Messung auf der Tag- wie auf der Nachtseite,
  • weltweite Messungen mit typischerweise über 600 Messprofilen pro Tag,
  • die Fähigkeit zu Messungen in Bereichen zwischen der Tropopause und 100 km Höhe,
  • die Erzielung einer Höhenauflösung von unter 1,7km.

Weitere Informationen: GOMOS (ESA Missions Earth Observation)

GOMS

Engl. Akronym für Geostationary Operational Meteorological Satellite; Programm russischer Wettersatelliten, mit Alternativbezeichnung Elektro; GOMS-1, inzwischen inaktiv, befand sich seit Oktober 1994 auf einer geostationären Umlaufbahn in 36.000 km Höhe über 76°50' E.

GOMS-Wettersatellit GOMS-Wettersatellit



Quelle:
http://sputnik.infospace.ru/goms/engl/goms_e.htm

 
Goniometer

Messgerät zur Erfassung von Einfallswinkel und Intensität reflektierter Strahlung. Mit einem Goniometer kann Information über die Strahlungscharakteristiken innerhalb eines Pflanzenbestandes abgeleitet werden.

Google Earth

Ein von Google Inc. aufgesetztes Internetportal zu weltweiten Geoinformationen. In der Form eines virtuellen Globus kann diese in der Basisversion kostenfreie Software Satelliten- und Luftbilder sowie terrestrische Aufnahmen unterschiedlicher Auflösung mit Geodaten verbinden und auf einem digitalen Höhenmodell der Erde zeigen. Neben der einfachen Navigation auf dem Globus wurden eine Suchfunktion und ein Messwerkzeug integriert. Über ein Auswahlmenü lassen sich die unterschiedlichsten Kartenschichten ein- und ausblenden, weiterhin eigene Punktkoordinaten abspeichern. Das Programm kann auch als Streckenplaner eingesetzt werden. Dank vieler Erhebungsdaten und Overlayinformationen über Städte und Geschäftszweige eignet sich Google Earth zudem als Branchen-Suchdienst.

Ergänzend zu den Bilddaten (Rasterdaten) greift die Software auf zahlreiche Vektordatensätze zu. Ländergrenzen, Ortschaften oder Verkehrsnetze sind so einblendbar. Besonders im US-amerikanischen Raum sind zahlreiche weitere Kartenschichten wie Hotels, Schulen und Apotheken verfügbar. Im deutschsprachigen Raum können z.B. Straßenverläufe und Straßennamen angezeigt werden. Zusätzlich lassen sich GPS-Daten in die Software importieren. Vorgesehen sind Tour-Guides für 11.000 Orte auf der ganzen Welt und eine wachsende Zahl an Städten, die komplett als 3D-Modell verfügbar sind.

Darüber hinaus können sich Internetnutzer mit "Google Earth" umfassend über die Weltmeere und deren Flora und Fauna informieren. Im so genannten "Google Ocean"-Modus wird die Unterwasserwelt in einer 3D-Ansicht präsentiert, der mit Filmen, Bildern und Texten angereichert ist. Auch Mond, Mars und der Sternenhimmel können erkundet werden.

Mit der Sonnenstandsfunktion lässt sich das Sonnenlicht auf der Erdoberfläche zu einem frei wählbaren Zeitpunkt simulieren. So kann ein beliebiger Ort bei Tag, Nacht und in der Dämmerung angezeigt werden. Das Geländemodell sowie 3D-Modelle werden in die Berechnung miteinbezogen, so dass z.B. auch Schattenhänge in engen Tälern dargestellt werden. Der Sonnenauf- und Untergang ist auch als Animation abspielbar.

Über die Zeitreisenfunktion lassen sich viele Gebiete so betrachten, wie sie zu einem bestimmten Zeitpunkt aussahen, den man auf der Zeitleiste bestimmen kann. Das wird durch historische Luft- und Satellitenbilder möglich, die über die Google-Earth-Oberfläche gelegt werden. Google Earth kann auch historische Karten anzeigen, die sich als neue Ebene über die Karte legen. Wenn man beispielsweise einen Ausschnitt von Baden-Württemberg auswählt, wird der Rest der Karte immer noch angezeigt.

Beginnend bei einer Ansicht des Globus kann man immer weiter in die Details hineinzoomen. Viele der Daten sind auch über Google Maps als Website verfügbar. Die Qualität der Aufnahmen ist unterschiedlich. Die Detailauflösung der Rasterdaten beträgt flächendeckend meist 15 m (ein Pixel entspricht 15 m × 15 m), in einigen Ballungsgebieten sind teilweise auch Auflösungen bis zu 15 cm verfügbar. Bei dieser Auflösung lassen sich einzelne Menschen als solche erkennen, wobei ein günstiger Schattenwurf hilfreich ist.

  • Basis-Auflösung
    - weltweit meist 15 m (Einige Inseln in den Weltmeeren sind nur mit der sehr niedrigen Auflösung des Blue-Marble-Bildes zu sehen.)
  • typische hohe Auflösung
    - Große Bereiche Europas und in den USA teilweise ganze Staaten: 1 m, 60 cm, 30 cm, 15 cm. Einige Städte sind sogar mit einer noch höheren Auflösung von 5–10 cm pro Pixel dargestellt.
    - Global: hohe Auflösungen in den meisten Ballungsräumen weltweit (z. B. Bagdad).

Die Bilddaten gröberer Auflösung – bis im besten Falle 60 cm – stammen zwar aus Satellitenbildern, für höhere Auflösungen werden jedoch aus Flugzeugen aufgenommene Bilder verwendet. Als Hauptdatenquelle gilt 2006 das Unternehmen DigitalGlobe, welches selbst zwei Satelliten betreibt. Inzwischen wird auch der Aufnahmezeitpunkt, wenn dieser bekannt ist, jahres-, monats- oder oft sogar tagesgenau an der unteren Fensterkante eingeblendet. Google Earth benutzt für die Pseudo Mercator Projektion das globale geodätische System WGS84 mit dem EPSG Code 3857.

Google Earth Pro, eine kostenpflichtige Version (400 US-Dollar jährlich) für professionelle Zwecke, unterstützt weitere Module wie etwa einen Movie-Maker. Unterstützt wird der Import der Formate MapInfo .TAB, ESRI Shapefile, US Census Tiger Line Files (RT1) und MicroStation DGN.

Die Bilddaten von Google-Earth sind darüber hinaus mittels Google Maps über einen Web-Browser einzusehen. Google Earth kann auch als Anwendung aus Apples App Store heruntergeladen werden. Außerdem ist es bei Google Play für Android-Geräte erhältlich.

Weitere Informationen:

GOOS

Engl. Akronym für Global Ocean Observing System; im Aufbau befindliches internationales Beobachtungssystem der Ozeane, zur Ermittlung von Daten, die von Regierungen, Industrie, Wissenschaft und der Öffentlichkeit im Zusammenhang mit ozeanbezogenen Fragen, einschließlich der Wechselwirkungen Ozean-Atmosphäre benötigt werden. Die Datenbereitstellung dient insbesondere der Entwicklung von globalen und regionalen Modellen. GOOS ist ein Programm der UN-Organisationen UNESCO, WMO, UNEP und ICSU. Die deutschen GOOS-Aktivitäten werden vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie koordiniert.

Die GOOS-Ziele im einzelnen sind:

  • Klimaüberwachung, -beurteilung und -vorhersage
  • Überwachung und Abschätzung der marinen Lebendressourcen
  • Beurteilung und Vorhersage des Qualitäts- und Gesundheitszustandes, insbesondere der Küstenmeere.

Weitere Informationen:

GOSAT

Engl. Akronym für Greenhouse Gases Observing Satellite, japan. Ibuki (Atem); Erdbeobachtungssatellit der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA zur Messung des Kohlendioxid- und Methangehalts in der Erdatmosphäre. GOSAT ermöglicht die flächendeckende Erfassung von Daten und schließt damit eine große Beobachtungslücke, die durch das weitmaschige und ungleich verteilte Netz an bodengebundenen Messpunkten bedingt ist. GOSAT-Daten werden künftig mit Daten von Bodenmesspunkten und Flugzeugen sowie denen von Simulationsmodellen kombiniert, bzw. in diese einfliessen.

Globale Beobachtungspunkte

Globale Beobachtungspunkte des WMO WDCGG
(WMO World Data Centre for Greenhouse Gases )

GOSAT-Beobachtungspunkte

GOSAT-Beobachtungspunkte
(56.000 Punkte im Standardmodus)

Quelle: http://www.jaxa.jp/countdown/f15/overview/ibuki_e.html

GOSAT wurde am 23.1.2009 vom japanischen Weltraumbahnhof der Insel Tanegashima aus gestartet und ist für eine Betriebszeit von ca. fünf Jahren ausgelegt. Der Satellit bewegt sich in ca. 660 km Höhe auf einem polnahen Orbit um die Erde. Er ist mit zwei Sensoren ausgestattet. Einer von ihnen verfolgt die Infrarotstrahlen der Sonne, die von der Erdoberfläche oder der Atmosphäre reflektiert werden. So soll die Dichte der Treibhausgase gemessen werden. Der andere Sensor soll Wolken und Schwebstoffe beobachten, deren Präsenz oft zu Fehlern bei den Messungen führen.

Klimasatellit GOSAT / Ibuki Klimasatellit GOSAT / Ibuki







Quelle:
http://www.jaxa.jp/countdown/f15/overview/ibuki_e.html

Weitere Informationen:

GPM

Engl. Akronym für The Global Precipitation Measurement; auf dem Erfolg der TRMM-Mission aufbauende Mission aus einem internationalen Netzwerk von Satelliten, die die kommende Generation globaler Regen- und Schneebeobachtung zum Einsatz bringt. Das GPM-Konzept wird um die Entsendung eines 'Kern'-Satelliten (GPM Core Observatory) von NASA/JAXA herum strukturiert, der ein neuartiges abbildendes Radar- und Radiometer-System trägt, und der als Referenz für weitere Forschungs- und operationelle Satelliten von CNES, ISRO, NOAA und EUMETSAT dienen soll, um die Niederschlagsmessungen möglichst einheitlich zu machen. GPM ist Teil des NASA-Programms Earth Systematic Missions und soll mit seinen Beobachtungen nahezu die ganze Erde abdecken. Der Start erfolgte am 27.2.2014 vom japanischen Tanegashima Space Center mit einer H-IIA-Trägerrakete.

Mit Hilfe von GPM sollen Modelle zur numerischen Wettervorhersage, Klimamodelle sowie die Möglichkeiten zur Vorhersage von Hochwässern und die Abschätzung von Süßwasserverfügbarkeit verbessert werden. Die Durchführung der Mission erfordert den Einsatz mehrerer Satelliten mit passiven und aktiven Mikrowelleninstrumenten. Der europäische Satellit EGPM soll die internationale GPM-Mission unterstützen.

Global Precipitation Measurement (GPM) - Konstellations-Architektur

 

Die Mission zur globalen Niederschlagsmessung (GPM) wird die TRMM-Mission ausweiten durch die Lieferung von Daten aus höheren geographischen Breiten. GPM wird in der Lage sein, Regenmengen im Bereich von 0,25 bis 100 mm / h zu messen. Das Ziel von GPM ist es, über 80 % der Erdoberfläche mit einer Wiederholrate von 3 Stunden zu besuchen und die Daten den Nutzern innerhalb von drei Stunden verfügbar zu machen.
GPM wird aus einem Kernsatelliten mit einem Zweikanal-Niederschlagsradar und einem Mikrowelleninstrument bestehen und einer Konstellation von mehreren polarumlaufenden Satelliten mit passiven Mikrowellensensoren. Deren Niederschlagsschätzungen werden mit den Daten des Kernsatelliten abgeglichen.

Für größere Darstellung auf Bild klicken.

Quelle: NASA

 

Weitere Informationen:

GPS

s. Global Positioning System

GRACE

Engl. Akronym für Gravity Recovery and Climate Experiment; gemeinsame Mission von DLR und NASA mit Hilfe von 2 baugleichen Kleinsatelliten zur Bestimmung des irdischen Schwerefeldes und zur Beschreibung von Austauschvorgängen zwischen Land, Ozean und Atmosphäre als Nachfolgeprojekt zu CHAMP. Erreicht wird dieses Ziel über eine deutlich verbesserte Darstellung des Geoids, jener imaginären Fläche, die ein im Ruhezustand (Ausschluß von Ozeanströmungen, Winden, Tiden) befindlicher, die gesamte Erde vollständig bedeckender Weltozean unter Einfluss der Schwerkraft besäße. Diese Fläche ist als Normal-Null geläufig. Sie variiert global um ±100 m.

Karte des Gravitationsfeldes
aufgrund jahrzehntelanger Messungen Karte des Gravitationsfeldes

Schwerkraftanomalie (mGal*)

*Einheit zur Beschreibung von Schwerkraftvariationen über der Erdoberfläche.
1 milligal (mGal) = 0,00001 m/s2, was mit der gesamten Schwerkraft an der Erdoberfläche von 9,8 m/s2 vergleichbar ist.

Vorläufige Karte des Graviationsfeldes aufgrund von
Grace-Daten über 111 Messtage Vorläufige Karte des Graviationsfeldes

Schwerkraftanomalie (mGal)


Quelle: http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA04652

Wie CHAMP wurden die im März 2002 im russischen Plessetsk gestarteten Zwillingssatelliten von Astrium, Immenstaad, gebaut. Die wissenschaftliche Auswertung obliegt auf deutscher Seite dem GFZ Potsdam. Die beiden in 485 km Höhe mit einem Abstand von 220 km auf gleichem, nicht-sonnensynchronen Orbit hintereinander her fliegenden Grace-Satelliten besitzen eine Inklination von 89° und eine Umlaufzeit von 94 Minuten. Sie reagieren empfindlich auf kleinste Änderungen in der Gravitationsbeschleunigung, wie sie durch die räumliche Verteilung der unterschiedlichen Massen verursacht werden. Kommt beispielsweise der "vorausfliegende" Satellit in einen Bereich erhöhter Schwerkraft, wird er beschleunigt und der Abstand zu dem zweiten Satelliten nimmt zu. Gerät auch der zweite Satellit in den Bereich stärkerer Schwerkraft, während der erste bereits aus ihm "herausklettert", verringert sich die Distanz wieder. Diese Änderungen werden über eine hochgenaue Distanzmessung zwischen den beiden Satelliten bestimmt.

Als Folge können mit den Grace-Daten klimatisch bedingte Massenumlagerungen erkannt werden, Prozesse, die bisher messtechnisch unzugänglich waren. Beispielsweise wurde mit ihnen das Muster der jahreszeitlichen Veränderungen im Wasserbudget der Kontinente erfasst. Ihre Analyse zeigt, dass die größten saisonalen Schwankungen in den Einzugsgebieten der großen tropischen und sibirischen Flüsse auftreten, beispielsweise Amazonas, Kongo, Ganges sowie Ob und Lena. Ferner können auf dieser Grundlage großräumige klimatologische Modelle der globalen und kontinentalen Wasserbilanz verbessert werden.

Herstellung der GRACE-Zwillinge bei Astrium Herstellung der GRACE-Zwillinge bei Astrium Quelle: http://www.csr.utexas.edu/grace/gallery/other/Astrium/Astrium-043.html
GRACE-Zwillinge und
Breeze-Raketenoberstufe GRACE-Zwillinge und Breeze-Raketenoberstufe Quelle: http://www.dlr.de/grace
GRACE-Zwilllinge im Tandemflug GRACE-Zwilllinge im Tandemflug Quelle: http://www.csr.utexas.edu/grace/gallery/other/
misc/GRACE_Litho.html

Messungen der Massenbilanz ermöglichen auch das Monitoring der festländischen Eismassen, deren Veränderungen eine wesentliche Bedeutung für das Niveau des Meeresspiegels haben. Grönland z.B. hat von 2002 bis 2005 pro Jahr durchschnittlich 162 km³ Eis verloren. Im gleichen Zeitraum ist die Eisdecke der Antarktis um 150 km³ geschrumpft. Diese letzte Angabe widerspricht den weniger präzisen Radar-Messungen von ERS-2 und ENVISAT.

Eismassenverlust in Grönland 2002-05

Links: Die Grafik links zeigt den Eismassenverlust in Grönland, wie er mit GRACE im Zeitraum von 2002-2005 gemessen wurde. Die Angaben sind in km³/Jahr. Der beobachtete Eismassenverlust trägt mit ca. 0,4 mm/a zum weltweiten Meeresspiegelanstieg bei.

Rechts: Geoid 2011, Datenbasis: Satelliten LAGEOS, GRACE und GOCE und Oberflächendaten (Fluggravimetrie und Satelliten-Altimetrie), weitere langjährige Datenreihen

 

Für größere Darstellung auf Bilder klicken.

 

Quellen: NASA, GFZ Potsdam

Das Abschmelzen der grönländischen und antarktischen Eisschilde hat sich in den vergangenen Jahren zwar beschleunigt, dennoch ist es wissenschaftlich gesehen zumindest für Grönland noch zu früh, sicher von einem langfristigen Trend zu sprechen. Nach einer Studie der University of Colorado in Boulder und des GFZ Potsdam, die auf der Auswertung von Grace-Daten über neun Jahre hinweg beruht, zeigt sich, dass sich das Abschmelzen der Eispanzer während dieser Zeit im Schnitt fast verdoppelt hat – zusammen kommt man auf derzeit etwa 300 Milliarden Tonnen pro Jahr. Die Ursachen dieses beschleunigten Eismassenschwunds geben den Wissenschaftlern weiterhin Fragen auf: Neben der anthropogen bedingten Erwärmung werden die Eisschilde durch eine Vielzahl natürlicher Prozesse beeinflusst, wie z.B. Variationen im Schneefall und langsame Veränderungen der Meeresströmungen.
Aufgrund des für Klimaprognosen kurzen Beobachtungszeitraums, können Vorhersagen des Meeresspiegelbeitrags beider Eischilde bis zum Jahr 2100 um mehr als 35 cm zu hoch oder zu niedrig sein.

Eismassen und Isostasie


Rate der Geoidhöhenänderung über Nordamerika durch glazialisostaische Anpassung und Eismassenverluste in Grönland und Alaska beobachtet mit GRACE zwischen August 2002 und August 2011. Die glazialisostatische Anpassung beschreibt den Deformation der Erde durch die Eispanzer der letzten Eiszeit. Heute fließt verdrängtes Mantelmaterial zurück in die Gebiete früherer Vereisung (Zunahme der Geoidhöhe; rot). Die Eismassenverluste (Abnahme der Geoidhöhe; blau) in Alaska und Grönland sind zum großen Teil eine direkte Antwort auf die rezente Erwärmung der Polargebiete.

Für größere Darstellung auf Bild klicken.

Quelle: GFZ Potsdam

 

Legende:

 

Die beiden Satelliten waren für eine Lebensdauer von fünf Jahren ausgelegt. Nach über zehn Jahren in der Umlaufbahn altern jedoch die Bauteile, so können die Satelliten beispielsweise auf der Nachtseite der Erde keine Daten mehr aufnehmen, weil ohne Sonneneinstrahlung die Batterien dazu nicht genügend Energie liefern können. Eine Nachfolgemission ist in Planung. Die Fertigung der beiden Satelliten, die im August 2017 starten sollen, erfolgt wiederum bei Astrium.

Weitere Informationen:

Gradiometer

Gerät z.B. zur Erfassung feiner vertikaler Änderungen des Erdmagnetfeldes. Mit zwei Sonden misst es die Stärke des anliegenden Magnetfeldes an zwei benachbarten Orten und bildet die Differenz beider Werte. Ein Messort liegt nah an der zu messenden Quelle, der andere ist weiter davon entfernt. Den Abstand beider Messpunkte voneinander bezeichnet man als Basislänge.

Auf GOCE befinden sich Gradiometer-ähnliche Geräte zur Messung des Gradienten des Erdschwerefeldes aus dem Orbit. Sie messen die Schweregradienten indirekt nach einer Differenzial-Methode ("Gravitationsgradiometrie"). Es sind hochpräzise Accelerometer (Beschleunigungsmesser), die auf ultra-stabilen Strukturen und Auslegern montiert werden und in der Umlaufbahn ununterbrochen alle 9 Werte des Schwere-Tensors messen sollen. Damit erhofft man sich eine Bestimmung des globalen Geoids mit mindestens cm-Genauigkeit und einer Auflösung von etwa 100 km. Aus den Messungen lassen sich mit hochkomplexen Algorithmen Schwerefeldanomalien und Ozeanströmungen extrahieren.

Weitere Informationen: GOCE Mission Payload (ESA)

Gradiometrie

Gradiometrie ist die Messung von Schweregradienten. Die Analyse solcher horizontaler oder vertikaler Gradienten wurde theoretisch schon vor etwa 80 Jahren entwickelt, doch Messinstrumente hoher Präzision können erst in den letzten Jahren gebaut werden.

Die ersten terrestrischen Messungen erfolgten in den 1920ern mit der von Roland Eötvös erdachten und konstruierten Drehwaage; ihr Hauptzweck war die geophysikalische Prospektion von Lagerstätten. Die Messungen mit solchen langsam schwingenden Probemassen sind äußerst schwierig durchzuführen und zeitaufwändig, weshalb man bald statt Gradienten die Schwerkraft selbst zu messen begann.

Vor etwa 25 Jahren begann man die Entwicklung neuer, kreisel-gestützter Meßsysteme, um mit niedrig fliegenden Satelliten das Schwerefeld automatisch erfassen zu können. Wegen der technisch höchst anspruchsvollen Methodik war man allerdings erst Ende der 1990er erfolgreich.

Eines der wichtigsten dieser Projekte ist der Bau und späterer Betrieb des Satelliten GOCE, der seit etwa 1995 in Kooperation der Raumfahrtbehörden ESA und NASA entwickelt wurde. Seine Gradiometer bestehen aus hochpräzisen Beschleunigungsmessern. Damit erhofft man sich eine Bestimmung des globalen Geoids mit mindestens cm-Genauigkeit und einer Auflösung von etwa 100 km.

In Kombination mit anderen Messungen (v.a. Ortsbestimmung/GPS, Meeresspiegel/Satelliten-Altimetrie und Meeresoberflächen-temperatur/div. Verfahren) sind auch wichtige Beiträge zur Ozeanographie und anderen Geowissenschaften zu erwarten. Fast wichtiger als die Daten zum Geoid werden dessen langsame zeitliche Änderungen sein, die mit GOCE erstmals erfassbar werden.

GRAIL

Engl. Akronym für Gravity Recovery and Interior Laboratory; Mondmission der NASA, die im Rahmen des Discovery-Programms durchgeführt wird. GRAIL besteht aus zwei gemeinsam gestarteten Raumsonden (Grail-A und Grail-B), die ab dem Jahreswechsel 2011/12 den Mond umkreisen sollen. Ziel der Mission ist die genaue Vermessung des lunaren Schwerefelds und der Schwereanomalien, um daraus Aufschlüsse über den inneren Aufbau des Mondes zu gewinnen.

GRAIL-Mondmission

Links: Blick in den Reinraum des Astrotech Space Operation's payload processing facility in Titusville, Fla. Die NASA-Raumsonde Grail-A wird von ihrer Arbeitsbühne abgehoben und zum Adapterring auf der linken Seite transportiert, wo bereits die Zwillingssonde GRAIL-B verankert ist.

Rechts: Grafik mit den Flugbahnen von GRAIL-A und GRAIL-B zu Beginn und am Ende des Startfensters. Die energiesparenden Trajektorien verlassen die Erde Richtung Sonne und passieren den inneren Sonne-Erde Lagrange Punkt 1, bevor sie wieder zum Erde-Mond-System zurückkehren.

Zu größerer Darstellung auf Bild klicken!

Quelle: NASA
 

Die Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory geleitet. Die Sonden wurden von Lockheed Martin Space Systems basierend auf dem XSS 11-Satelliten gebaut werden. Die beiden GRAIL-Sonden werden zusammen auf einer zweistufigen Delta-7920H-Rakete von der Cape Canaveral Air Force Station aus starten. Der Start erfolgte am 10. September 2011.
Die Stromversorgung erfolgt über zwei ausklappbare, aber nicht schwenkbare Solarmodule, die Lithium-Ionen-Akkumulatoren aufladen. Zur Lageregelung dienen Warmgas-Steuerdüsen und Reaktionsschwungräder. Die Daten werden über eine S-Band-Funkverbindung an das Deep Space Network (DSN) übertragen.
Die Sonden arbeiten, wie die GRACE-Satelliten, nach dem SST-Prinzip (Satellite-to-Satellite Tracking): sie umrunden den Mond auf derselben Bahn und messen mit elektromagnetischen Wellen im Ka-Band kontinuierlich die gegenseitige Distanz. Dadurch lassen sich Unregelmäßigkeiten des Schwerefeldes mit hoher Präzision analysieren. Die gewonnenen Daten werden der Erstellung einer hochauflösenden Karte des Gravitationsfeldes des Mondes dienen.
Als zusätzliche Nutzlast, zu Bildungszwecken für Schüler, befinden sich auf jeder der beiden Sonden das Kamerasystem E/PO MoonKam mit jeweils fünf einzelnen Kameras, die Bilder von der Mondoberfläche, der Erde und den Sonden selbst übermitteln.

Nach dem Start erfolgt eine dreieinhalbmonatige Transferphase über den Lagrange-Punkt L1 des Erd-Sonne-Systems zum Mond, um die erforderliche Geschwindigkeitsänderung klein zu halten und andererseits die sehr niedrige Mondumlaufbahn von nur etwa 50 km Höhe möglichst exakt zu erreichen. Die Umlaufzeit der Sonden um den Mond beträgt 113 Minuten. Auf dieser Höhe werden die beiden Satelliten in etwa 175 - 225 km Abstand einander folgen.

GRAIL-Mondmission

Links: Durch die Anwendung einer hochgenauen Formationsflug-Technologie werden die Zwillingsraumsonden das Schwerkraftfeld des Mondes kartieren.
Radio signals traveling between the two spacecraft provide scientists the exact measurements required as well as flow of information not interrupted when the spacecraft are at the lunar farside, not seen from Earth.

Rechts: Das Lunar Gravity Ranging System (LGRS) ist die wissenschaftliche Nutzlast der GRAIL-Mondsonden. Das LGRS ist verantwortlich für das Senden und Empfangen der Signale, die benötigt werden um hochpräzise die Entfernungsänderungen zwischen den zwei Raumfahrzeugen zu messen.

Zu größerer Darstellung auf Bild klicken. - Quelle: NASA
 

Die eigentliche Wissenschaftsmission hat eine Dauer von 90 Tagen. Diese ist in drei Zyklen von je 27,3 Tagen gegliedert. Zweimal täglich stehen die Sonden für je acht Stunden mit dem Deep Space Network (DSN) in Verbindung und übertragen die Daten.
Nach der Wissenschaftsphase und einer möglichen Verlängerung erfolgt eine fünftägige Außerdienststellungsphase, nach der die beiden Satelliten etwa 40 Tage später auf dem Mond aufschlagen werden.

Weitere Informationen:

GRAS

Engl. Akronym für GNSS Receiver for Atmospheric Sounding; ein GPS-Empfänger an Bord der Satelliten MetOp 1, 2 und 3, der zur Atmosphärensondierung (Temperatur- und Feuchteprofile) eingesetzt wird. Die Daten finden Verwendung bei der Entwicklung von Modellen zur numerischen Wettervorhersage.

Weitere Informationen: MetOp Instruments (ESA)

Graustufenbild

Engl. greyscale image, franz. image à niveaux de gris; nach DIN 18716 "einkanalige Bilddaten", verbunden mit der Anmerkung: "Im allgemeinen Sprachgebrauch werden vor allem panchromatische Bilder als Graustufenbilder bezeichnet. Der Begriff sagt aber nichts über den bei der Aufnahme wirksamen Spektralbereich aus; deshalb kann auch ein Thermalbild oder ein Radarbild als Graustufenbild vorliegen".

Grauwert

Engl. grey value/level; die einem Bildpunkt (Pixel) zugeordnete Zahl, z.B. in Rasterdaten oder in der digitalen Bildverarbeitung. Die dabei verwendeten ganzzahligen positiven Zahlenwerte repräsentieren die Helligkeit eines Bildpunktes.
Je nach Anzahl der Bits, die ein Grauwert einnehmen kann, unterscheidet man Binärbild (1 Bit, Zustände 0 und 1), Grauwertbild (8 Bit, Zustände zwischen 0 und 255) und Farbbild (3x8 Bit mit jeweils Zuständen zwischen 0 und 255). Diesen Werten sind zur Darstellung auf einem Bildschirm Einträge einer Farbtabelle zugeordnet, d.h. die Werte werden als Indizes einer Farbtabelle interpretiert.

Grauwertbild

Engl. grey value/level image; Bild belegt mit potentiell 256 verschiedenen diskreten Grauwerten. Über eine Farbtabelle mit RGB-Werten werden dem Grauwertbild die Graustufen oder aber auch Farben (unterschiedliche RGB-Anteile) zugeordnet. Beispiele für Grauwertbilder sind:
- 1 Bit: gescannte Katasterkarte
- 8 Bit: gescanntes Schwarz-Weiß-Luftbild
- 24 Bit: gescanntes Farbluftbild.

Grauwertschattierung

Engl. tone; eine unterscheidbare Grauschattierung auf einem Bild zwischen Schwarz und Weiß.

Grauwertverteilung

Räumliche Verteilung der einzelnen Grauwerte im Bild, die zu charakteristischen Verteilungsmustern, sog. Texturen, im Bild führen. Die Oberflächenstrukturen sind im Bild nicht mehr wahrnehmbar, bewirken jedoch die charakteristischen Grauwertverteilungen.

In vielen Fällen nutzen Fernerkundungssysteme nur einen kleinen Teil des verfügbaren Grauwertspektrums aus. Daher sind Verarbeitungstechniken notwendig, die redundante oder störende Information unterdrücken, und dafür wichtige Bildinhalte deutlich hervorheben können. Diese Verfahren dienen der besseren visuellen Interpretierbarkeit, und basieren auf Übertragungs- oder Transferfunktionen.

Gravimetrie

Wissenschaft von den Verfahren und Geräten zur Ausmessung des Schwerefeldes der Erde, einschließlich der Weiterverarbeitung und z.T. auch der Analyse und Interpretation der Messwerte. Als Hilfswissenschaft dient die Gravimetrie z.B. der physikalischen Geodäsie, der Geophysik einschließlich der Lagerstättenerkundung, der Metrologie (Lehre von den Maßsystemen) sowie der Geologie. Je nach Ausdehnung und Anforderungen erfolgt sie als terrestrische, Flug-, See- oder Satellitengravimetrie.

Gravitation

Universelle Wechselwirkungserscheinung der gegenseitigen Anziehung zwischen zwei beliebigen Massenpunkten. Das Newtonsche Gravitationsgesetz besagt, daß die auftretenden Gravitationskräfte (Anziehungs- oder Attraktionskräfte) dem Produkt der Massen m1 und m2 direkt und dem Quadrat des Abstandes r der Massenpunkte indirekt proportional sind. Die Proportionalitätskonstante G wird als Gravitationskonstante bezeichnet. Die Gravitation wirkt in der Verbindungslinie der beiden Massenpunkte. Betrachtet man das Gravitationsfeld eines Massenpunktes der (aktiven) schweren Masse M, so kann aus dem Gravitationsgesetz die Gravitationsfeldstärke in vektorieller Form als Feldfunktion dargestellt werden.

Gravitationsfeld

Anziehungsfeld von Anordnungen (aktiver) schwerer Massen. Das Gravitationsfeld wird durch die Gravitationsfeldstärke beschrieben.

Gravitationsfeldbestimmung mittels Satellitenmethoden

Teilgebiet der Satellitengeodäsie. Betrachtet man zunächst den Satelliten als Probemasse im Gravitationsfeld der Erde, so kann man die in der Bewegungsgleichung wirkenden Kräfte parametrisieren, z. B. durch eine Kugelfunktionsentwicklung des Gravitationspotentials. Unter Nutzung von Messungen (z. B. Entfernungen oder Entfernungsänderungen) können im Zuge einer differentiellen Bahnverbesserung die Parameter der Kugelfunktionsentwicklung als Unbekannte bestimmt werden. Als Messungen kommen dabei z. B. solche von der Erde zum Satelliten (SLR, GPS) oder auch zwischen Satelliten (SST) in Betracht. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, im Satelliten spezielle Meßgeräte mitzuführen, die Funktionale des Gravitationsfeldes entlang der Satellitenbahn messen. Das können einerseits Gradiometer sein, die die Komponenten des Gravitationstensors messen. Andererseits kann mittels Altimeter die Meereshöhe bestimmt werden, die eine Näherung des Geoids als Äquipotentialfläche des Schwerepotential der Erde darstellt.

Ground Control Point (GCP)

Engl. für ein leicht identifizierbares Objekt (Passpunkt) mit einer bekannten Lage, die verwendet wird, um einem Punkt auf einer Karte oder in einem Fernerkundungsbild eine geographische Referenz zu geben. Dies wird häufig verwendet bei der geometrischen Korrektur von räumlichen Datensätzen.

ground track

Syn. flight line above ground, engl. für Flugweg über Grund; scheinbare Linie am Boden, die durch die Aneinanderreihung der Subsatellitenpunkte gebildet wird. Die Subsatellitenpunkte ergeben sich aus der Aneinanderreihung der Schnittpunkte von gedachten Linien zwischen Satellit und Erdmittelpunkt mit der Erdoberfläche. Die Linie entsteht durch die Erdrotation und die Bewegung des Satelliten auf seiner Bahn. Bei geostationären Satelliten ist der Flugweg über Grund auf einen Punkt auf dem Äquator reduziert.

Ground truth Daten

Syn. Feld-, Geländedaten, Geländeinformation, engl. ground truth data, franz.données de terrain; Beobachtungen, Messungen und gesammelte Informationen über den aktuellen Zustand im Gelände, die zur Stützung und Validierung der Klassifikation von durch Fernerkundung gewonnenen Bilddaten (Luftaufnahmen und Satellitenbildern) dienen. Damit stellen sie für die Bildverarbeitung wichtige Zusammenhänge zwischen Fernerkundungsdaten und den beobachteten Objekten her.

DIN 18716 definiert: "durch Beobachtung oder Messung vor Ort gewonnene Informationen, die den aktuellen Zustand eines Objektes während der Datenaufnahme beschreiben und zur Auswertung herangezogen werden", verbunden mit der Anmerkung: "Im Einzelnen kann es sich handeln um

  • in-situ Messungen,
  • Trainingsgebiete,
  • Feldvergleiche."

Geländedaten sollten grundsätzlich zu der Zeit erfasst werden, zu der die Datenaufnahme durch Fernerkundung erfolgt. Tolerierbare Zeitunterschiede hängen von der jeweiligen Aufgabenstellung ab.

Ground truth-Daten können der Entwicklung, Kalibrierung und Bewertung von Sensoren dienen. Oft werden spektrale Eigenschaften mit Spektrometern gemessen, z.B. zur Bestimmung von optimalen Wellenlängen und Bandbreiten. Zusätzlich werden Daten zur Art des Objekts, dessen Zustand, über Rahmenbedingungen, Oberflächentemperatur usw. erhoben. Aufgabenabhängig werden auch weitere Informationen benötigt, wie Sonnenazimut und -höhe, Sonnenstrahlung, atmosphärische Trübung, Lufttemperatur, Feuchte, Windparameter, Bodenbedingungen, Tau, Niederschlag usw. benötigt.

Durch Ground-Truth-Daten ist es möglich, Fernerkundungsdaten präziser zu klassifizieren. Wenn man nur mit Fernerkundungsdaten arbeitet, können diese Daten mehrdeutig sein. Zum Beispiel könnte es Probleme bei der Unterscheidung von Mais-Feldern und Sonnenblumen-Feldern geben, weil beide in Fernerkundungsdatensätzen ähnliche Merkmalsausprägungen haben. Die aufgezeichneten Informationen lassen sich erst besser zuordnen, wenn man an einigen Stellen im Gelände Ground-Truth-Daten erhoben hat und mit diesen zusätzlichen Informationen die Fernerkundungsdaten besser klassifizieren kann.

Eine wichtige Methode zur Erhebung von Geländedaten sind die Trainingsgebiete zur überwachten Klassifizierung. Trainingsflächen für jede Klasse setzen die Identifizierung des Objektes voraus durch Ortserkundung, visuelle Interpretation von Luftbildern, Kartenauswertung, Durchsicht von Literatur und Statistiken usw.

Eine weitere Art von Geländedaten sind die Passpunkte zur geometrischen Korrektur der Fernerkundungsdaten.

Weitere Informationen: Den Globus im Blick und die Landschaft vor Augen (DLR-Magazin 140)

ground truthing

Engl. Bezeichnung für die Gesamtheit verschiedener Verfahren, mit denen Messinstrumente, die auf Satelliten die Erde umkreisen, kalibriert, mögliche zeitliche Veränderungen erkannt werden, und die Langzeitmessreihen über verschiedene Satelliten-Generationen ermöglichen. Siehe Feldvergleich

Weitere Informationen: Permanente Ground-Truthing-Station "Zugspitze/Garmisch" (IMK-IFU)

GTOS

Siehe Global Terrestrial Observing System

GVI

Engl. Akronym für Global Vegetation Index; globaler Vegetationsindex.


A  B  C  D  E  F  G  H  I  J  K  L  M  N  O  P  Q  R  S  T  U  V  W  X  Y  Z 

Startseite - Index - Hinweise - Quellen - Impressum