Lexikon der Fernerkundung

Oberflächenrauigkeit

Syn. Oberflächenrauheit, Engl. surface roughness, franz. rugosité; nach DIN 18716bezeichnet der Begriff die "Unebenheit der Oberflächenhöhe, die das maßgebliche Mikrorelief einer Oberfläche kennzeichnet".
in der Radar-Fernerkundung ein wichtiger Parameter für das Ausmaß der Rückstreuung des Radarsignals. Horizontale glatte Flächen reflektieren fast die ganze einfallende Strahlung weg vom Sensor. Im Sinne des Radars gilt eine Fläche als glatt, wenn die vertikalen Variationen weniger als ein Zehntel der Wellenlänge ausmachen. Daher erscheinen Flächen wie ruhendes Wasser oder Straßenbeläge in Radarbildern dunkel. Wenn eine Fläche leicht rau ist (z.B. Ackerboden) wird einfallende Strahlung in viele Richtungen gestreut, nur ein kleiner Anteil geht als diffuse Reflexion zurück zum Sensor. Grobes Material, z.B. Gesteinsbrocken in der Größe der Wellenlänge, können in Radarbildern sehr hell erscheinen.

Oberflächenstreuung

Engl. surface scattering, franz. dispersion de surface; nach DIN 18716 die "Änderung der gradlinigen Strahlungsausbreitung an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien".

Objekt

Engl. object, feature; ein raumbezogenes Element, auch Geo-Element genannt, dem eine Geometrie und Thematik (geometrische und inhaltliche Attribute) zugeordnet werden kann.
Mögliche Objekte terrestrischer Fernerkundung sind alle Erscheinungen auf der Erdoberfläche, einschließlich der Ozeane, sowie Phänomene in der Atmosphäre. Jedes Objekt gehört zu einer Objektklasse, deren Eigenschaften das Objekt kennzeichnen. Das Objekt ist Träger von Attributinformationen. Die Informationen beinhalten zum einen die Materialbestimmung, d.h. die Zusammensetzung von Erdoberfläche und Atmosphäre und zum anderen die Zustandsbestimmung, z.B. Temperatur, Druck, Wasserdampfgehalt und andere klimatische Größen.

Objektdefinition Objektdefinition

Ein Element der realen Welt, das explizit in den räumlichen Daten erkannt wird. Es kann sich hierbei um eine Ansammlung von Elementen handeln, die ein Element höherer Ebene bilden, z. B. könnte ein Objekt aus einer Ansammlung von Linienverbindungen zusammengesetzt werden, die ein Polygon bilden.
Objekt bezeichnet im GIS ein raumbezogenes Element, auch Geo-Element genannt, dem eine Geometrie und Thematik zugeordnet werden kann. Jedes Objekt gehört zu einer Objektklasse, deren Eigenschaften das Objekt kennzeichnen. Das Objekt ist Träger von Attributinformationen. In den vergangenen Jahren hat der Begriff Objekt im Bereich GIS eine immer spezifischere Verwendung gefunden.


Quelle: Universität Rostock

Die Erkennbarkeit von Objekten in Luft- und Satellitenbildern hängt von vielen Faktoren ab, z.B. den Parametern des Aufnahmesystems, den Objekteigenschaften, dem Kontrast zur Umgebung usw.

In der Praxis wird die Leistungsfähigkeit von Fernerkundung vor allem an linienhaften Objekten deutlich. Als linienhaft kann man lange und gleichzeitig schmale Objekte bezeichnen, wie sie vor allem in Kulturlandschaften in großer Zahl vorkommen (Straßen, Wege, Eisenbahnlinien, Flüsse, Gräben Leitungen usw.). Ihre Erkennbarkeit hängt einerseits von ihrer natürlichen Breite und dem Kontrast zur Umgebung ab, andererseits von der Auflösung des Sensors. Es wirken sich aber auch komplexere Komponenten aus, beispielsweise die Strukturen der von solchen Objekten gebildeten Muster.

Sehr großen Einfluss auf die Sichtbarkeit von linienhaften Objekten hat der Kontrast zur Umgebung. Dunkle Straßen können z.B. dank ihres hohen Kontrastes zu den benachbarten Schnee- oder Sandflächen gut zu erkennen sein, auch wenn ihre Breite unterhalb der Auflösung bzw. der Pixelgröße liegt. Umgekehrt können in anderen Fällen auch breite Verkehrswege nicht erkannt werden, wenn der Kontrast zur Umgebung zu gering ist.

In manchen Fällen ist die Wahl des Spektralkanals entscheidend für die Erkennbarkeit von Objekten.

In Radarbildern sind vielfach linienhafte Objekte zu erkennen, die in anderen Luft- oder Satellitenbildern vergleichbarer Maßstäbe unsichtbar bleiben. Dies liegt daran, dass der Bildaufbau der Radarbilder von anderen physikalischen Parametern bestimmt wird, als sie im optischen Bereich wirksam sind. So können sich Mauern, Schienen, Hochspannungsleitungen u.ä. aufgrund der besonderen Reflexionscharakteristik im Mikrowellenbereich deutlich abzeichnen, obwohl die Auflösung der Daten z.B. nur 40 m beträgt. In Bildern, die im optischen und infraroten Spektralbereich gewonnen werden, sind solche Objekte kaum erkennbar, weil sie keinen besonderen Kontrast zur Umgebung aufweisen.

objektbasierte Klassifizierung

Engl. object-based classification; Klassifizierungsverfahren, das versucht, benachbarte Pixel zu signifikant erscheinenden Objekten zusammenzufassen. Dazu werden die Daten eines Bildes nach geeigneten Kriterien (Farbton, Texturen, Topologie/Kontext, Zusatzinformation anderer Ebenen usw.) in homogene Segmente aufgeteilt, die sich nicht überlappen. Die durch die Segmentierung entstandenen Regionen werden anschließend als Einheit einer bestimmten Objektklasse zugeordnet.

Grundlegend ist die Definition von Testobjekten (sog. sample objects, hier: Pixel oder Pixelgruppen), welche zu einem hierachischen Verbund von Objektklassen zusammengeführt werden. Im gesamten Bild werden diese auf der Basis einer zuvor vorgenommenen Segmentierung abgegrenzt und statistisch verglichen. Ist ein Objekt erfolgreich klassifiziert, vererbt es seine Charakteristika (z.B. den Zuweisungsschlüssel) mittels Fuzzy-Logic oder Zusatzinformationen anderen Segmenten.

Weitere Informationen:

Objekterkennung

Engl. object identification, franz. identification des objets; nach DIN 18716 die "Erkennung interessierender Strukturen in den Bilddaten", verbunden mit der Anmerkung: "Nicht interessierende Strukturen in den Bilddaten gehören zum Hintergrund".

Objektinformation

Von der Datenaufnahme unabhängige Information über Art oder Zustand der Erdoberfläche, der Meeresoberfläche oder der Atmosphäre, unabhängig davon, wann und wie sie gewonnen wird.

Objektklasse

Engl. object class, object category, franz. catégorie d'objet; Gruppe von Objekten mit gleichen Merkmalen. Sie ist vom Interpreten eines Bildes im Hinblick auf die Zielsetzung der Analyse definiert (z.B. Nadelwald, Laubwald, Ackerfläche, Bebauung, Gesteinstyp, Bodenart, etc.).

Nach DIN 18716 bedeutet der Begriff die "Gesamtheit von Objekten, die sich von anderen durch bestimmte messbare Merkmale unterscheiden", wobei folgende Anmerkung gemacht wird: "Nicht alle Objektklassen, die z. B. in der Raumplanung oder in der Landschaftsökologie definiert sind, lassen sich durch Objektsignaturen der Fernerkundung identifizieren."

Im Idealfall ist jede Objektklasse durch eine ihr typische multispektrale Signatur im digitalen Bild gekennzeichnet. Diese Multispektralsignatur wird durch die statistische Grauwert-Verteilung der Pixel einer jeden Klasse hervorgerufen, so dass man versuchen kann, mit Hilfe mathematischer Algorithmen die Pixel eines multispektralen Bildes im Hinblick auf ihre Homogenität sowie räumliche Verteilung (und damit die Verteilung von Objektklassen) zu untersuchen.

Objektpixelgröße

Unter Objektpixelgröße versteht man der Abstand benachbarter Pixelzentren im Objektraum (ground sampling distance, GSD), der wegen Über- oder Unterabtastung oder geometrischer Umbildung nicht mit der projizierten Pixelgröße übereinstimmen muss.

Objektraum

Engl. object space; bei einem optischen System (z. B. einem Objektiv) man die Menge aller Objektpunkte, die das System abbilden kann, und unter dem Bildraum die Menge der Punkte, auf die es einen Objektpunkt abbilden kann.
Der Bezeichnung Objektraum sagt aus, dass man die darin enthaltenen Punkte als Objektpunkte betrachtet. Ein Objektpunkt ist der Schnittpunkt von Lichtstrahlen, die sich vor dem optischen System befinden (Objektraumstrahlen) und von vorn auf dessen erste Fläche (Linsenoberfläche oder Spiegelfläche) auftreffen.

Objektsignatur

Engl. object signature, franz. signature d'objet; nach DIN 18716 "Charakteristika, durch die ein Material oder ein Objekt in einem Bild identifiziert werden kann". Dabei wird folgende Anmerkung zum Begriff gemacht:
" Dazu gehören insbesondere:

  • die spektrale Signatur, welche die für ein Material oder ein Objekt charakteristische Abhängigkeit des Reflexionsgrades von der Wellenlänge beschreibt;
  • die Mischsignatur, das ist die spektrale Signatur, die für eine Mischung aus verschiedenen Materialien oder Objekten charakteristisch ist;
  • die Textur (Struktur)."
Oceansat-1

Indischer, auch unter der Bezeichnung IRS-P4 (Indian Remote Sensing Satellite) geführter Satellit mit den Sensoren OCM (Ocean Colour Monitor) und MSMR (Multifrequency Scanning Microwave Radiometer). Beide sind zur Beobachtung biologischer und physikalischer Parameter der Ozeane (u.a. Chlorophyllkonzentration, Phytoplanktonblüte, Trübstoffe) und der Atmosphäre (u.a. Aerosole) ausgelegt. Die Erfassung systematischer Daten unterstützt insbesondere Küstenforschungsprogramme.

Chlorophyll vor der Küste Louisianas Chlorophyll vor der Küste Louisianas

Der Ocean Color Monitor (OCM) befand sich an Bord des inzwischen inaktiven indischen Satelliten Oceansat-1. Der Satellit verkehrte auf einer polnahen sonnensynchronen Umlaufbahn. OCM ist eine 8-Band Multispektralkamera die im visuellen und nahem Infrarotbereich arbeitet. Die Kamera wurde eingesetzt, um Daten über die Chlorophyll-Konzentration zu sammeln, um Phytoplanktonblüten aufzuspüren und zu überwachen und um Daten über atmosphärisches Aerosol sowie treibende Sedimente im Wasser zu erlangen.

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Quelle: ESL

 

Oceansat-1 hat eine polnahe, sonnensynchrone Bahn (Inklination 98,28°) in 716 km Höhe, eine Umlaufzeit von 99,31 Minuten und er kann die Erde in zwei Tagen komplett abdecken. Die Mission wurde am 8. August 2010 nach 11 Jahren und 2 Monaten beendet. Die Mission Oceansat-2 gewährleistet die Datenkontinuität.

Weitere Informationen:

Oceansat-2

Indischer Meeresforschungssatellit aus der Indian Remote Sensing Reihe. Oceansat-2 wurde am 23. September 2009 mit einer PSLV-C14-Rakete vom Satish Dhawan Space Centre (SDSC) in Sriharikota an Indiens Südküste zusammen mit vier anderen Satelliten gestartet: UWE-2 der Universität Würzburg, SwissCube 1 von der eidgenössischen Polytechnischen Hochschule Lausanne (EPFL, Ecole Polytechnique Fédéral de Lausanne), BeeSat von der Technischen Universität Berlin und ITU-pSat von der Technischen Universität Istanbul (ITU, Istanbul Technical University).
Nach 1081 Sekunden wurde OceanSat-2 in einer Höhe von 728 Kilometern über der Erdoberfläche in einer sonnensynchronen Umlaufbahn mit einer Bahnneigung von 98,28 Grad ausgesetzt.
Die wichtigsten Ziele der Mission sind die Untersuchung der Wind- und Wasserströmung an der Meeresoberfläche, die Beobachtung der Chlorophyll-Konzentrationen, die Überwachung der Blüte von Phytoplankton und das Studium von atmosphärischen Aerosolen und Schwebstoffen im Wasser.
Oceansat-2 ist der zweite ISRO-Satellit in der Reihe der IRS Meeresforschungssatelliten und soll die Aufgaben von OceanSat-1 (1999 gestartet) fortführen. OceanSat-2 trägt drei Instrumente einschließlich eines Ocean Colour Monitor (OCM). Diese Kamera bietet eine Auflösung von 360x235 Metern und hat eine Schwadbreite von 1420 km, wobei sie bis zu 20° außerhalb der Flugrichtung geschwenkt werden kann. Die dazu gehörende Sensoren bestehen aus acht quer zur Flugrichtung liegenden Zeilensensoren mit jeweils 6000 Pixeln und einem Spektralbandpass davor.
Die Daten aller Instrumente sollen nach einer sechsmonatigen Testphase weltweit Wissenschaftlern zur Verfügung gestellt werden.

Weitere Informationen:

Ocean Surface Topography Mission

Siehe Jason-2 / Ocean Surface Topography Mission

OCO / OCO-2

Engl. Akronym für Orbiting Carbon Observatory; die Satellitenmission im Rahmen von ESSP sollte Daten über das atmosphärische CO2, dem beutendsten anthropogenen Antriebsfaktor für den Klimawandel liefern. Im Zusammenwirken mit Bodenmessungen erwartete man mit Hilfe von 3 Spektrometern Aufschlüsse über natürliche und anthropogene CO2-Quellen und -Senken. Hoch aufgelöste globale Karten sollten die Kohlendioxid-Konzentrationen darstellen.
Nach dem Start am 24.2.2009 von einem kalifornischen Luftwaffenstützpunkt trennte sich OCO nicht wie vorgesehen von der Trägerrakete vom Typ "Taurus XL" und erreichte seine vorgesehene Umlaufbahn nicht.

OCO-2

Das Design und die Architektur der Plattform von OCO-2 basiert auf jener der erfolgreichen Missionen Solar Radiation and Climate Experiment (SORCE) und Galaxy Explorer (GALEX). Die Struktur des Satelliten wird aus Bienenwabenpanelen bestehen, die einen hexagonalen Körper bilden. Diese Struktur beherbergt das Instrumenten und Komponenten des Satellitenbuses. Das Gesamtgewicht des Observatoriums beträgt ca. 530 kg.

Treibhausgas-Zyklus Treibhausgas-Zyklus


CO2 ist eine entscheidende Komponente der Erdatmosphäre. Seit dem Beginn des Industriezeitalters hat sich die Konzentration des CO2 um 38 % erhöht, von ca. 280 ppm auf über 380 ppm. Wissenschaftliche Studien besagen, dass CO2 eines von mehreren Gasen ist, die die Wärme in den unteren Luftschichten der Erde zurückhalten.


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Quellen: JPL / JPL
 

Die weitgehend identische Nachfolge- bzw. Ersatzmission OCO-2 wurde am 2. Juli 2014 an Bord einer Delta II-Rakete gestartet. OCO-2 fliegt in Formation mit mehreren anderen Raumfahrzeugen und ist so Teil des A-Train.
OCO-2 ist die erste NASA-Mission, die der Erforschung des atmosphärischen Kohlendioxids gewidmet ist. Sie soll das erste komplette Bild der anthropogenen und der natürlichen CO2-Quellen und -Senken liefern.

Weitere Informationen:

Odin

2001 gestartete und 2013 noch immer aktive schwedische Satellitenmission zur Atmosphärenforschung (Aeronomie) mit Schwerpunkt auf Ozonchemie und zur Astrophysik. Odin wurde mit einer Start-I-Rakete von Swobodny in Sibirien aus auf seine sonnensynchrone Umlaufbahn in 590 km Höhe (Inklination 97,8°) gebracht. Die Umlaufzeit beträgt 97,6 min. Die Antenne hat einen Durchmesser von 1,1 m. Beobachtungen sind in einem Frequenzband 486,1-503,9 GHz, drei überlappenden Bändern von 541,0-580,4 GHz sowie einem Band von 118,25-119,25 GHz möglich. Damit sind besonders Untersuchungen von Wasser und Sauerstoff im interstellaren Medium möglich.

Weitere Informationen:

Ölteppiche und Fernerkundung

Ölteppiche (engl.: oil spills) sind auf Wasseroberflächen treibende Ölverschmutzungen durch Rohöl oder Schweröl, insbesondere auf Meeren. Sie beeinträchtigen sensible Ökosysteme. Der Grund für das Aufschwimmen des Öls liegt in seinem im Vergleich zum Wasser geringeren spezifischen Gewicht. Ursachen für Ölteppiche sind Havarien von Öltankern, illegale Tankreinigungen auf hoher See, Pipeline-Leckagen und natürliche Austritte von Öl aus der Erdkruste.

Nach einem Tankerunfall ist das größte Problem, einen Überblick über den Teppich hinsichtlich Größe und Driftrichtung zu erhalten. Bezüglich natürlicher sowie bewusst und fahrlässig herbeigeführter Ölteppiche bedarf es kontinuierlich arbeitender Monitoringprogramme. Entsprechende Luftüberwachung großer Gebiete, z.B. des Mittelmeers sind abhängig von Tageslicht und guten Witterungsbedingungen. Zusätzlich können Sonnenlichtreflexe tagsüber die Detektion behindern.

Öl im Meer

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Zu größerer Darstellung auf Grafiken klicken Quellen: SINTEF / Tang (2011) nach eduspace

Die wichtigsten Transportwege und Abbauprozesse. Wenn Öl ins Meer austritt, verursacht eine Anzahl von Abbauprozessen Veränderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Rohöls und seines Verhaltens im Meer.

 

  Erkennbarkeit von Öltepichen abhängig von Wasserrauigkeit

Das satellitengestützte SAR-Radar, das Aufnahmen unabhängig vom Wetter und den Lichtbedingungen machen kann, ist ein hervorragendes Werkzeug, um Öl auf Wasseroberflächen zu entdecken. Ölteppiche erscheinen als dunkle Flecken auf den Radar-Bildern, da das Öl eine glättende Wirkung auf die Meereswellen hat. Dadurch wird die Rückstreuung des Radar-Signals zum Instrument reduziert. Derartige Instrumente befinden sich derzeit beispielsweise an Bord des kanadischen RADARSAT-2, früher auch auf den jetzt inaktiven JERS-1, ENVISAT, RADARSAT-1, ERS-1 und ERS-2.

 

Einen Ausweg aus diesem Dilemma bietet seit einigen Jahren der Einsatz satellitengetragener Radarinstrumente. Solche Synthetic Aperture Radar-Instrumente befinden sich z.Z. unter anderem auf Radarsat, ERS-1/2 und ENVISAT. Mit ihren aktiven Mikrowellensensoren beleuchten die Satelliten die beobachtete Szene und registrieren das zurückgestreute Radarecho. Sie sind in der Lage, auch kleinere Ölteppiche aus der Erdumlaufbahn zu erkennen. Möglich wird dies aufgrund der "glättenden“ Wirkung, die Öl auf die Wogen der Meere ausübt. Deshalb zeichnen sich Ölfilme auf den Radarbildern als dunkle Zonen in einer ansonsten heller erscheinenden Umgebung ab. Allerdings werden Wellen auch durch andere Einflüsse gedämpft, wie zum Beispiel dünne Algenfilme, die ein ähnliches Radarbild entstehen lassen.

Jedoch können Radarinstrumente einen Ölteppich nicht in jedem Fall klar erkennen: So erscheint auch eine normale Wasseroberfläche dunkel, so lange die Windgeschwindigkeit unterhalb drei m/s – das entspricht etwa Windstärke 2 – nicht übersteigt; in diesem Fall ist die durch die nur leichte Brise verursachte Aufrauhung der Wasseroberfläche zu gering, um die Rückstreuung des Radarstrahls erkennbar zu beeinflussen. Umgekehrt reicht die glättende Wirkung zumindest dünner Ölschichten bei Windgeschwindigkeiten jenseits von zehn m/s, entsprechend Windstärke 6, nicht mehr aus, um noch einen erkennbaren Unterschied in der Oberflächenrauhigkeit und damit dem Rückstreuvermögen der Meeresoberfläche zu bewirken.

Weitere Informationen:

Ofek

Bezeichnung (Ofek = Horizont) für eine Serie von israelischen Test- und Aufklärungssatelliten (ab Ofek 3). Ofeq 7 wurde am 10. Juni 2007 mit einer Shavit-2-Rakete von der Luftwaffenbasis Palmachim südlich von Tel Aviv aus gestartet. Er ist 2,30 Meter groß, wiegt 300 kg und soll aus 600 km Höhe von einer elliptischen Umlaufbahn hochauflösende Bilder (0,7 m) der Erde machen. Dabei überfliegt er etwa alle 90 Minuten die Länder Iran, Irak und Syrien.
Ofek 9 (Ofek 8 wurde übersprungen) gelangte am 22. Juni 2010 ins All. Der Spionagesatellit  besitzt gegenüber Ofek 7 eine verbesserte Kamera (Auflösung unter 50 cm).

OHB SE

Die OHB SE mit Hauptsitz in Bremen ist der erste börsennotierte Raumfahrt- und Technologiekonzern Deutschlands.

Die Gesamtleistung des Konzerns belief sich im abgeschlossenen Geschäftsjahr 2015 auf 730 ‎Millionen Euro, der Umsatz betrug 720 Millionen Euro. Seit dem Börsengang im Jahr 2001 und der ‎Einbeziehung des Segmentes Raumfahrt in den OHB-Konzern im Jahr 2002 hat sich die ‎Gesamtleistung auch durch die Akquisition von MT Aerospace AG im Jahr 2005, Kayser-Threde ‎GmbH (zum 01.09.2014 mit der OHB System AG verschmolzen) im Jahr 2007, CGS S.p.A. im Jahr 2009, Antwerp Space N.V. im Jahr 2010 und OHB Sweden AB im Jahr 2011 von 15,0 Millionen ‎Euro (2001) auf über 700 Millionen Euro gesteigert. Die OHB SE beschäftigt derzeit weltweit rund 2.200 Mitarbeiter.

Die OHB SE gilt als eine der bedeutendsten unabhängigen Kräfte in der europäischen Luft- und Raumfahrtbranche.

Weitere Informationen:

Okkultation

Die zeitweilige Bedeckung eines Gestirns durch ein anderes, z.B. ist eine Sonnenfinsternis eine Okkultation.

Siehe Messgeometrie

OLCI

Engl. Akronym für Ocean and Land Colour Instrument; abbildendes Spektrometer an Bord von Sentinel-3 mit der Aufgabe, Land- und Ozeanfarben als Fortsetzung des ENVISAT-Instruments MERIS zu messen. Mit 21 Spektralkanälen zwischen 400 und 1020 nm Wellenlänge, verglichen mit 15 auf MERIS, mit einer Bauweise, die Sonnenreflexe deutlich minimiert und mit einer Bodenauflösung von 300 m, sowie einem sehr breitem Aufnahmestreifen (1270 km) stellt OLCI eine neue Generation von Sensor zur Erd- und Meeresbeobachtung dar. Die Bodenspuren von OLCI und dem Nadir-Modus von SLST, überlappen sich komplett und bieten dadurch erweiterte Produkte.

Weitere Informationen:

OLI

Engl. Akronym für Operational Land Imager; ein bildgebendes multispektrales Radiometer als wichtigste Nutzlast auf dem Erdbeobachtungssatelliten Landsat-8 (LCDM). OLI ist ein Sensor mit einem aus vier Spiegeln bestehenden Teleskop. Er tastet das Gelände nach dem Push-broom-Prinzip zeilenweise ab und sieht so gleichzeitig die gesamte Breite der Bodenspur (185 km). Mit über 7.000 Detektoren pro Spektralband wird sich die Empfindlichkeit des neuen Instrumentes und damit auch die Informationsmenge über die Erdoberfläche erhöhen. Das Push-broom-Prinzip führt auch über die bauartbedingt geringere Anzahl beweglicher Teile zu einer geringeren Pannenanfälligkeit.

oli_design_lres OLI Instrument - Übersicht

Der Operational Land Imager (OLI) wurde von der Ball Aerospace and Technologies Corporation gebaut. Aufbauend auf einem Instrument, das in der Experimentalmission EO-1 erprobt wurde, ist OLI früheren Landsatsensoren überlegen.

OLI ist ein Push-broom Sensor mit einem Vier-Spiegelteleskop. OLI sammelt Daten in den Spektralbereichen sichtbar, nahes Infrarot, kurzwelliges Infrarot, auch hat er ein panchromatisches Band. Der Sensor ist auf eine Einsatzzeit von fünf Jahren ausgelegt.

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Quelle: NASA GSFC
 

OLI nimmt Daten in neun Spektralbändern auf. Sieben von ihnen sind identisch mit denen der Sensoren TM und ETM+ der früheren Landsat-Missionen und gewährleisten dadurch die Kompatibilität mit den historischen Landsat-Daten. Die zwei neuen Spektralbänder, das deep blue coastal / aerosol band und das shortwave-infrared cirrus band erlauben es Wissenschaftlern, zum Einen die Wasserqualität von Seen und flachen Küstengewässern sowie atmosphärisches Aerosol zu messen, zum Anderen hohe dünne Wolken (Cirren) aufzuspüren.

Das zweite Instrument an Bord von Landsat-8 ist der Thermal Infrared Sensor (TIRS), der es ermöglicht, die Erzeugung von Thermalaufnahmen fortzuführen und neue Aufgaben zu verfolgen, wie die Messung von Evapotranspirationsraten für das Wassermanagement.

ETM+vOLI-TIRS_lres Die Spektralbänder von OLI / TIRS (Landsat-8)
im Vergleich zu
ETM+ (Landsat-7)

Außer für die bisherigen Landsat-Multispektralbänder sammelt OLI Daten für zwei neue Bänder: ein 'Küstenband' (coastal band) und ein 'Cirrenband' (cirrus band).
Zusätzlich ist bei sechs der herkömmlichen Bänder die Bandbreite verfeinert worden. Das Thermalinstrument (TIRS) besitzt zwei zusätzliche Bänder im thermalen Infrarot.


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Quelle: NASA GSFC
 

Weitere Informationen:

OLR

Engl. Akronym für outgoing longwave radiation, dt. ausgehende langwellige Strahlung, auch langwellige Ausstrahlung; in der Meteorologie/Klimatologie die aufwärtige Komponente der Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung), die von der Erdoberfläche bzw. der Atmosphäre an den Weltraum abgegeben wird. Ein Teil der von der Erdoberfläche an die Atmosphäre abgegebene Strahlung wird vom dort befindlichen Wasserdampf absorbiert und gelangt so als "Gegenstrahlung" wieder an die Erdoberfläche zurück. Im Durchschnitt verliert die Erde durch die (langwellige) Ausstrahlung genau soviel Wärme, wie sie durch die (kurzwellige) Einstrahlung von der Sonne her gewinnt (Energieerhaltungssatz). Bei klarer trockener Luft ist die Ausstrahlung am grössten (möglicher Nachtfrost), bei dichter Bewölkung am geringsten. Damit ist die OLR ein Indikator sowohl für die Temperatur der Erdoberfläche, als auch für die Klarheit der Atmosphäre darüber.

OLR-Daten weisen eine gute Korrelation zum Niederschlag auf. Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas der Atmosphäre und beeinflusst namhaft die OLR. So sind niedrige OLR-Werte typisch bei Bewölkung. Aufgrund dieser Zusammenhänge dienen OLR-Werte auch als Indikator für El Niño- bzw. für La Niña-Episoden.

Outgoing Longwave Radiation

Outgoing Longwave Radiation (OLR) data at the top of the atmosphere are observed from the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) instrument aboard the NOAA polar orbiting spacecraft. Data are centered across equatorial areas from 160°E to 160°W longitude. The raw data are converted into a standardized anomaly index. Negative (Positive) OLR are indicative of enhanced (suppressed) convection and hence more (less) cloud coverage typical of El Niño (La Niña) episodes. More (Less) convective activity in the central and eastern equatorial Pacific implies higher (lower), colder (warmer) cloud tops, which emit much less (more) infrared radiation into space. More information can be found at the Climate Prediction Center OLR page.

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Quelle: NOAA

 

Im Oktober 1996 startete der japanische Satellit ADEOS und zeichnete neun Monate lang die von der Erde ausgehende langwellige Strahlung auf. 27 Jahre zuvor, vom April 1969 bis Januar 1972, umkreiste der amerikanische Satellit Nimbus 3 mit seinen Instrumenten IRIS, SIRS und weiteren die Erde mit dem gleichen Auftrag. Die Wissenschaftler konnten mit diesen Satellitendaten die Wärmeabstrahlung - sowohl global als auch regional über dem Pazifik - aus den Jahren 1970 und 1997 miteinander vergleichen. Dabei rechneten sie den Einfluss von unterschiedlicher Bewölkung heraus und berücksichtigten, um jahreszeitliche Störungen zu vermeiden, nur die Monate April bis Juni. Die OLR wurde auch innerhalb des Earth Radiation Budget Experiment (ERBE) bestimmt.

Aktuelle Beobachtungen der OLR erfolgen über das Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) mit seinen auf mehreren NASA-Satelliten (Terra, Aqua) installierten Instrumenten und mit dem Instrument AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) auf diversen NOAA-Satelliten. Generell werden die OLR-Daten mit polarumlaufenden Satelliten ermittelt.

OLR - 90 Tage-Mittel olr_eintag Outgoing Longwave Radiation


Links: 90-Tage-Mittel
Rechts: 1-Tageswert

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Quelle und aktuelle Animationen:
NOAA

Weitere Informationen:

OMI

Engl. Akronym für Ozone Monitoring Instrument; hyperspektrales abbildendes Instrument zur Messung des Gesamtozons und anderer atmosphärischer Parameter mit Ozon- und Klimabezug als Beitrag der niederländischen Raumfahrtagentur (NIVR) und des finnischen meteorologischen Instituts (FMI) für den NASA-Satelliten AURA. OMI setzt die Messungen von TOMS fort.

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omi_legende_no2
A Satellite’s View of Ship Pollution

Daten von dem holländisch-finnischen Ozone Monitoring Instrument (OMI) auf dem NASA-Satelliten Aura zeigen lange Spuren erhöhter Stickstoffdioxid-Werte (NO2) entlang bestimmter Schifffahrtsrouten.
NO2 gehört zu einer Gruppe hochreaktiver Stickstoffoxiden (NOx), die zur Entstehung von Feinstaub und von Ozon führen kann, welche das Herz-Kreislaufsystem und die Atmungsorgane des Menschen schädigen können. Verbrennungsmotoren wie Schiffsmotoren oder Automotoren sind eine Hauptquelle für NO2-Belastungen.
Die Karte basiert auf OMI-Messungen, die zwischen 2005 und 2012 gemacht wurden. Das NO2-Signal ist am stärksten ausgeprägt auf einer Schifffahrtsroute im Indischen Ozean zwischen Sri Lanka und Singapore, erkennbar als deutliche orangefarbene Linie vor (helleren) Hintergrundwerten von NO2.
Andere Schiffrouten, die durch den Golf von Aden, das Rote Meer und durch das Mittelmeer verlaufen, zeigen auch erhöhte NO2-Werte, wie auch Routen von Singapur zu Häfen in China. Dies sind nicht die einzigen viel befahrenen Schiffsrouten der Welt, aber es sind die am besten erkennbaren, da der Schiffsverkehr auf schmale und gängige Passagen konzentriert ist.
OMI ist nicht das einzige Satelliten-Instrument, das die NO2-Werte in der Atmosphäre beobachtet. Das Instrument Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) auf den ESA-Satelliten ERS-2 (inaktiv) und MetOp-A, wie auch das Instrument SCIAMACHY auf dem inzwischen inaktiven Envisat machen bzw. machten ähnliche Messungen. Im Jahr 2012 veröffentlichten dänische Wissenschaftler eine Studie, die die Daten aller vier Instrumente kombinierte. Ein Ergebnis war, dass das NO2-Signal über den wichtigen Schiffsrouten zwischen 2003 und 2008 ständig zunahm und dann abrupt zurückging als Folge der weltweiten Rezession und dem entsprechend geringeren Schiffsverkehr.

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Hier zum kompletten Text (e.)

Quelle: NASA Earth Observatory
 

Weitere Informationen:

OMPS

Engl. Akronym für Ozone Mapping and Profiler Suite; Kombination aus Spektrometern in Nadir- und in Limb-Richtung für die projektierte NPOESS-Mission zur Ermittlung der höhenabhängigen Ozonkonzentration in der Erdatmosphäre. Von den Ergebnissen erhofft man sich Aufschluss über den Einfluss von synthetischen Chemikalien auf das irdische Klima.
OMPS ist einer von ca. einem Dutzend Sensoren an Bord des National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System-1 (NPOESS) und der Mission Suomi National Polar-orbiting Partnership (Suomi NPP).

Smoke Goes Around the World

Vast patches of land have burned across Alaska and Canada in the 2015 fire season. But the area burned is only part of the story; smoke from these fires crosses political borders and even oceans. Wildfire smoke is a combination of gases and aerosols—tiny solid and liquid particles suspended in air—and can have an effect on cloud formation, atmospheric cooling and heating, and human health.

The animated series of images above shows the progression of smoke plumes from July 1 through July 14, 2015, around much of the Northern Hemisphere. The animation above was made from data collected by the Ozone Mapping Profiler Suite (OMPS) on the Suomi NPP satellite. It shows relative aerosol concentrations, with lower concentrations in yellow and higher concentrations in dark orange-brown. Gray areas show where data were unavailable.

At the start of the series on July 1, Alaskan fires sent a massive plume of smoke westward. By July 6, that same plume was continuing west over the Russian Arctic. Meanwhile, smoke from fires in Canada moved eastward across North America. Both plumes ultimately reached Greenland after wafting in opposite directions.

“Summertime wildfires in Alaska and Canada occur every year, with some inter-annual variations,” said Hiren Jethva, an atmospheric scientist at NASA’s Goddard Space Flight Center. But the distance traveled by the smoke varies greatly. Aerosol concentration and height, as well as wind patterns and speed, are just some of the factors that determine the course of a plume’s atmospheric journey.

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Quelle: NASA Earth Observatory

 

Weitere Informationen:

OOPC

Engl. Akronym für Ocean Observations Panel for Climate (OOPC); internationale Arbeitsgruppe, die sich mit der Weiterentwicklung des Ozeanbeobachtungssystems (GOOS) und der Verfügbarmachung vorhandener Datenbestände befasst. Es wird gemeinsam getragen von World Climate Research Programme (WCRP), Global Ocean Observing System (GOOS) und Global Climate Observing System (GCOS).

Weitere Informationen:

Opazität

Engl. opacity; Durchlassgrad eines Stoffes für Licht- oder elektromagnetische Wellen. In der Spektroskopie ist ein Medium als opak in einem bestimmten Wellenlängenbereich, wenn das Medium alle Energie in diesem Wellenbereich absorbiert. Der mathematische Kehrwert der Opazität wird als Transluzenz bezeichnet. Hohe Transluzenz bedeutet wenig Absorption (Opazität), d.h. viel Durchlässigkeit.

Operation IceBridge

Siehe IceBridge

optische Dicke (Atmosphäre)

Maß für die Abschwächung der elektromagnetischen Strahlung beim Passieren von Gasschichten bzw. der Atmosphäre. Sie ist das Produkt aus dem spektralen Extinktionskoeffizienten und der Weglänge der durchstrahlten Gasschichten. Im Falle der Atmosphäre ist dieser Koeffizient verschiedener Schichten jedoch nicht konstant, so daß die spektrale optische Dicke der Atmosphäre das Wegintegral des spektralen Extinktionskoeffizienten ist. Die optische Dicke der Atmosphäre ist besonders bei der Atmosphärenkorrektur der Fernerkundungsdaten zu berücksichtigen.

optische Fernerkundung

Die (terrestrische) optische Fernerkundung erfasst die von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenstrahlung und die emittierte Thermalstrahlung in den sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereichen.
Da die Strahlung in der optischen Fernerkundung von natürlichen Energiequellen ausgeht, bezeichnet man die eingesetzten Sensoren als passive Sensoren. Optische Sensoren können nach folgenden Kriterien unterschieden werden:

  • Aufnahmeverfahren (z.B. photographische Verfahren, Scanner)
  • abbildende oder nicht abbildende Sensoren
  • Plattform (z.B. Flugzeug, Satellit)
  • spektrale Auflösung (z.B. panchromatisch, multispektral, hyperspektral)
  • radiometrische Auflösung
  • räumliche Auflösung
  • zeitliche Auflösung
optischer Sensor

Passiver Sensor zur Aufzeichnung elektromagnetischer Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts bzw. die nah daran liegenden Frequenzen im Ultraviolett- bzw. Infrarotbereich des Spektrums. Die damit arbeitende Fernerkundung nutzt die natürliche Strahlungsenergie im Wellenlängenbereich zwischen 0,3 und 3 μm (Mikrometer) sowie die objekteigene thermale Ausstrahlung der Objekte von 3 bis 14 μm. Die Aufnahmesysteme der Sensoren sind so ausgelegt, dass sie in Abschnitten des elektromagnetischen Spektrums aufzeichnen, in denen es nicht zu atmosphärischen Absorptions- und Refelexionsprozessen kommt (sog. atmosphärische Fenster). Bildhafte Darstellungen von den für uns Menschen nicht sichtbaren Wellenlängenbereichen werden in sogenannten Falschfarbenbildern dargestellt, wie z.B. farbkodierten Wärmebildern (blau = kalt, rot = warm).
Der Blick aus der Distanz von oben auf die kleinräumigen Strukturen von Städten oder auf ihre großflächigen Übergänge zum Umland erlaubt es, über die flächendeckende Perspektive Zusammenhänge zu erkunden und zu verstehen. Aus Erdbeobachtungsdaten kann das physische Erscheinungsbild einer Stadt (bebauter Raum, Verkehrsinfrastruktur, Frei- und Gewässerflächen) abgeleitet werden. Gleiches gilt für stadtklimatologische Fragen. Je nach Sensor und Aufgabenstellung können verschiedene Auflösungsstufen gewählt werden, die die Erfassung auf einer eher regionalen Stadt-Umland-Ebene, über Stadtstruktur-, dann Blockebene bis hin zur grundrissgenauen Gebäudekartierung erlauben. Auch bieten Erdbeobachtungsdaten bei hoher temporaler Auflösung, d.h. häufig wiederholten Aufnahmen, die Möglichkeit Zeitreihen zu generieren, um mit ihrer Hilfe die ständige Weiterentwicklung urbaner Räume und ihrer Umgebung zu beschreiben und zu analysieren.

Weitere Informationen:

optischer Spektralbereich

Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der vom nahen Ultraviolett über den sichtbaren Bereich ins Infrarot (bis ca. 2.000 nm) reicht.

optoelektronischer Scanner

Engl. optoelectronic scanner, syn. Zeilen-Scanner, Pushbroom-Scanner; digitale Zeilenkamera, bei der man die Bildaufnahme mit Hilfe zeilenweise angeordneter Halbleiter-Bildsensoren erzielt. Die Kamera besitzt eine oder mehrere Sensorzeilen, die aus zahlreichen Einzeldetektoren bestehen und gleichzeitig einen Geländestreifen quer zur Flugrichtung abtasten. Diese sind in der Brennebene der Empfangsoptik quer zur Flugrichtung angeordnet. Die Sensoren sind hochintegrierte Schaltungen auf Siliziumchips. Sie enthalten für jeden Bildpunkt einen Photosensor sowie das zum Auslesen der Messwerte erforderliche Leitungsnetzwerk. Am wichtigsten sind die Charge Coupled Devices (CCD), die aus Ketten von Kondensatoren bestehen, in welchen durch Belichtung Ladungen erzeugt werden. Diese Ladungen werden zum Ausgang des Chips verschoben und ergeben dadurch eine Bildzeile in Form eines Videosignals. Die elektrischen Signale aller Detektoren werden in kurzen Zeitabständen ausgelesen und nachrichtentechnisch übermittelt oder gespeichert. Moderne CCD-Kameras verfügen darüber hinaus über eine flächenhafte CCD-Anordnung.

Pushbroom Optoelektronische Scanner


Optoelektronische Aufnahme mit einem CCD-Sensor. Optoelektronische Scanner verzichten auf das mechanische Element und enthalten für jeden Bildpunkt einer Zeile einen Photosensor.
Alle Bildelemente einer Zeile werden gleichzeitig aufgenommen. Die Strahlung wird durch Gitter oder Prismen in ihre Bestandteile zerlegt und durch Halbleiter-Bildsensoren aufgenommen. Bei der Belichtung wird über CCDs (Charge Coupled Devices) Ladung freigesetzt, dessen Impuls für jede Zeile gespeichert wird.
Durch die Wahl der Brennweite und der Flughöhe können der Öffnungswinkel und die Pixelgröße am Boden variiert werden.

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Quelle: Geovlex
 

Zur Bildaufnahme von Flugzeugen und Satelliten aus werden Zeilen von CCD-Sensoren in der Bildebene eines Objektives angeordnet. Damit ist es möglich, alle Pixel einer quer zur Flugrichtung orientierten Bildzeile gleichzeitig zu erfassen. Durch die Eigenbewegung des Sensorträgers (Plattform) wird bei entsprechender Aufnahmefrequenz ein Geländestreifen zeilenweise abgebildet, so dass allmählich ein komplettes digitales Bild entsteht.
Ein besonderer Vorteil dieser Technik ist es, dass der Aufnahmevorgang keine mechanischen Bewegungen erfordert. Außerdem führt die Tatsache, dass eine ganze Zeile simultan aufgenommen wird, zu - im Vergleich mit optisch-mechanischen Scannern - günstigeren geometrischen Eigenschaften der Bilddaten. Zudem erlaubt die Anordnung mehrerer CCD-Zeilen in der Bildebene eines Objektives sowohl die Gewinnung von Stereobilddaten, wie auch von multispektralen Daten.
Die Technologie wird z.B. von SPOT (HRV) oder IRS verwendet.
Vorteile gegenüber der mechanischen Aufnahmevariante sind vor allem Unabhängigkeit von mechanischen Bewegungen, bessere geometrische Eigenschaften der Bilddaten zufolge direkter Zentralprojektion, variierbare geometrische Auflösung durch entsprechende Objektive und ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnis bei der Signalaufzeichnung durch die Detektorzeilen.
Die spektrale Empfindlichkeit der zur Zeit verfügbaren CCD-Sensoren liegt jedoch nur im Bereich zwischen 0,4 und 1,0 µm. Einer Aufzeichnung der Thermalstrahlung mit einer Wellenlänge von ca. 10 µm verhindert zudem das nötige Objektiv der Kamera. Die digitale Zeilenkamera kann also gegenwärtig nur für die Strahlungsmessung im sichtbaren und im nahen infraroten Bereich eingesetzt werden.

optoelek_scan_funktion Optoelektronischer Scanner - Funktionsprinzip

Spiegel des optischen Systems schräggestellt, teils starr, teils neigbar
CCD-Bildsensoren in Bildebene des Objektivs: Zeilenkamera
Datenspeicherung in parallelen Speicherchips, Datenfernübertragung


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Quelle: Universität Potsdam (Hartmut Asche)
optomechanische Scanner

Engl. opto-mechanical scanner; syn. optisch-mechanischer S., Rotationsscanner; Scanner, der mittels eines rotierenden oder oszillierenden Spiegels oder Prismas das Gelände in Abhängigkeit von Rotations- oder Oszillationsfrequenz, von Geschwindigkeit der Plattform und von der Flughöhe streifenweise abtastet. Die Abtastzeilen (Scan-Zeilen) liegen mit einer gewissen Zeilenschiefe genähert senkrecht zur Flugrichtung ( Across-Track Scanning).

Optomechanische Scanner

Whiskbroom

Rotationsabtaster tasten die Erdoberfläche während des Fluges zeilenweise quer zur Flugrichtung mit Hilfe eines rotierenden Prismas, dessen spiegelnde Ebene mit der Flugrichtung einen Winkel von 45° einschließt, ab.
Die auf die spiegelnde Ebene des Prismas treffende Strahlung wird auf die stationären Hohlspiegel eines Teleskops gelenkt. Mittels eines halbdurchlässigen Spiegels wird die Strahlung geteilt.  Ein Teil gelangt auf einen Thermaldetektor. Hier wird die von der Erde emittierte Thermalstrahlung meist im Wellenbereich zwischen 8 und 13 mm registriert.
Der andere Teil der auf das Prisma auftreffenden Strahlung, also das sichtbare Licht sowie Wellen des nahen und mittleren Infrarotbereiches, durchdringt den halbdurchlässigen Spiegel und wird mittels eines weiteren Prismas in seine spektralen Anteile zerlegt (Dispersion). Nach dieser spektralen Zerlegung erfassen genau positionierte Detektoren die gesamte Strahlung des jeweiligen Spektralbereichs. Diese schmalen Spektralbereiche werden auch als Kanäle oder Bänder bezeichnet.
Sind bei einem Abtaster mehrere solche Detektoren vorhanden, spricht man auch von einem Multispektralscanner (MSS). Der von den Detektoren abgegebene Photostrom, der proportional zur Intensität der absorbierten Strahlung ist, muss vor der Analog/Digitalwandlung verstärkt werden. Anschließend wird das digitale Signal zur Erde übermittelt oder gespeichert.

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Quelle: Geovlex
 

Kontinuierlich wird die Strahlung aus einem kleinen Raumwinkel, dem Momentanen Gesichtsfeld (IFOV), aufgezeichnet. Die durch das optische System erfasste Strahlung wird durch dichroitische Strahlenteilung in den optisches Glas durchdringenden Spektralanteil des sichtbaren Lichts sowie des nahen und mittleren Infrarots und den an optischem Glas gespiegelten thermalen Infrarots gespalten. Mittels Dispersionsprisma oder Interferenzgitter werden die sichtbaren und nah- bis mittelinfraroten Strahlungsanteile in verschiedene Wellenlängenbereiche zerlegt, entsprechenden Detektoren zugeführt, dort in elektrische Signale und über einen Verstärker abschließend durch Analog/Digitalwandlung in ein digitales Signal transformiert. Speicherung erfolgt auf Magnetbändern hoher Schreibdichte, die dann in computerkompatible Magnetbänder umgewandelt werden (CCT – Computer Compatible Tapes) oder direkt auf CCT. Nachteile der Datenaufzeichnung mit optomechanischen Scannern sind Abnutzung der mechanischen Bauteile, gestörte Zeilengeometrie zufolge Panoramaverzerrung und Zeilenschiefe sowie schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis und damit schlechtes radiometrisches Auflösungsvermögen.
Für die Aufzeichnung sehr vieler Spektralbänder liefern Whiskbroom-Scanner die besten Ergebnisse. Bei der geometrischen Genauigkeit liegen die Pushbroom-Scanner vorne.

Optomechanische Scanner - Funktionsprinzip

Spiegel des optischen Systems rotiert um seine Achse parallel zur
Flugrichtung, Fokussierung der Strahlung nach Strahlenteilung auf
Detektoren, Speicherung auf Magnetband (HDDT, CCT),
Datenfernübertragung.


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Quelle: Universität Potsdam (Hartmut Asche)

Optomechanische Satellitenscanner-Systeme sind z. B.:

  • Landsat-Serie (USA): MSS, TM, ETM+
  • GOES (USA): Imager, Sounder
  • TIROS (USA): AVHRR
  • Seastar (USA): SeaWiFS

Optomechanische Flugzeugscanner-Systeme sind z.B.:

  • Daedalus: AADS 1268
  • DAIS 7915
  • Hymap
Orbit

Siehe Umlaufbahn

Orbitalebene

Eine imaginäre, riesige Fläche, die von der Umlaufbahn eines Erdsatelliten beschrieben wird. Sie reicht durch den Erdmittelpunkt.

OrbView

Ursprünglich Serie von Erdbeobachtungssatelliten der US-amerikanischen Firmen Orbital Image Corporation und der Orbital Sciences Corporation, danach betrieben von GeoEye, eine Firma, die 2013 von DigitalGlobe übernommen wurde.

OrbView-1 OrbView-1 OrbView-2 OrbView-2 OrbView-3 OrbView-3  
Quelle: Orbimage (R.o.)
  • OrbView-1
    wurde 1995 gestartet und war weltweit der erste privat entwickelte und betriebene Erdbeobachtungssatellit. Er ist nicht mehr aktiv. Der in 740 km Höhe fliegende Satellit wurde hauptsächlich zur Beobachtung von Unwettern und Wettersystemen benutzt. Sein Sensor arbeitete im monochromatischen Bereich und besaß eine räumliche Auflösung von 10 km.
  • OrbView-2
    wurde 1997 gestartet und war der erste Satellit, der täglich Farbaufnahmen von den Meeres- und Landesstrukturen aufnehmen konnte. Hauptnutzer ist die NASA, die mit ihm versucht, den Kohlenstoff-Kreislauf des Planeten zu verstehen und Erkenntnisse über die globale Erwärmung zu gewinnen. Anwendungsgebiete sind Fischereiwirtschaft, Küstenbeobachtung, Schifffahrt, Landwirtschaftsmanagement. Der in 705 km Höhe fliegende Satellit arbeitet im multispektralen Bildmodus mit 8 Kanälen und besitzt eine räumliche Auflösung von 1 km. Die relativ grobe Auflösung ist ideal für großflächige Beobachtungen. Seit Dezember 2010 ist der Erdbeobachtungssensor SeaWiFS (Sea Viewing Wide Field of View) Sensor ausgefallen, weil der Satellit die Datenübertragung zur Erde eingestellt hat. Nach mehreren Monaten von weiteren Kontaktversuchen stellte die Betreiberfirma Mitte 2011 weitere Versuche ein und erklärte den Satelliten als Verlust.
  • OrbView-3
    gelangte im Juni 2003 auf seine 470 km hohe, sonnensynchrone Umlaufbahn, die eine Neigung von 97° zur Äquatorebene besitzt. Der Satellit liefert hochaufgelöste (1m panchromatisch, 4m multispektral) Bilder über 5 Kanäle. Einsatzmöglichkeiten ergeben sich für Telekommunikation, Kartographie und Geodäsie, Öl- und Gasindustrie, Land- und Forstwirtschaft, Militär. Beispielsweise setzt die Europäische Union Daten von OrbView-3 zur Überwachung von subventionierten Agrarflächen ein. Seit dem 4. März 2007 lieferte der Satellit Bilder mit deutlich verschlechterter Qualität. Im März 2011 wurde er zu einem kontrollierten Absturz über dem Pazifik gebracht.

OrbView-4 erreichte seine Umlaufbahn nicht, der 2008 gestartete OrbView-5 wird unter der Bezeichnung GeoEye-1 betrieben und galt zeitweise als höchstauflösender privater Satellit.

Weitere Informationen:

Orfeo

Engl. Akronym für Optical and Radar Federation for Earth Observation; Bezeichnung für ein Satellitenprogramm, das Italien und Frankreich gemeinsam seit 2006 durchführen. Italien steuert vier Satelliten aus dem Programm COSMO-Skymed bei, die mit dem bildgebenden Radar COSMO-SAR ausgestattet sind. Die Starts erfolgten von Juni 2007 bis November 2010.

Der Beitrag Frankreichs besteht aus zwei kleinen Satelliten des Typs Pléiades. Sie tragen Kameras, die eine Bodenauflösung von weniger als 0,7 m erreichen. Der Start des ersten Satelliten erfolgte am 17. Dezember 2011 mit einer Sojus-Rakete vom europäischen Weltraumzentrum in Französisch-Guayana. Der Start des zweiten Pleiades-Satelliten wird nicht vor März 2013 erfolgen, um genügend Zeit zur Überprüfung des ersten Satelliten zu geben. Die Pléiades-Satelliten werden von Astrium (Satellitenbus) und Thales Alenia Space (Nutzlast) in Frankreich gebaut. Sie wiegen 1750 kg und werden die Erde auf einer sonnensynchronen Bahn in 619 km Höhe umlaufen. Sie sind für eine Lebensdauer von fünf Jahren konzipiert.

Orthobild

Engl. ortho image, franz. ortho-image; ein durch die absolute Entzerrung (Geocodierung) verändertes Fernerkundungsbild.

DIN 18716 definiert es als ein "durch geometrische Bildtransformation korrigiertes Bild, das geometrisch einer orthogonalen Projektion des Geländes auf eine kartographische Bezugsfläche entspricht".

'Orthobild' ist ein allgemeiner Begriff für geocodierte Bildprodukte beliebiger Sensoren (im Unterschied zum Orthophoto, welches nur aus Photographien hergestellt wird). Orthobilder werden heutzutage üblicherweise digital hergestellt und dienen als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Bildplänen und Bildkarten oder als Datenquelle zur Herstellung oder Aktualisierung von Strichkarten. Typische Eigenschaft eines Orthobildes ist der einheitliche Maßstab im gesamten Bild. Es treten somit keine Verzerrungen mehr auf und die Entnahme von Flächen, Strecken und Winkeln sowie eine Identifizierung von Objekten ist möglich.

Orthophoto

In der Photogrammetrie ein durch Differentialentzerrung bzw. digitale Entzerrung gewonnenes analoges, photographisches bzw. digitales entzerrtes und maßstabsgetreues Luftbild oder Satellitenbild im Rasterdatenformat, das in guter Näherung einer Orthogonalprojektion (senkrechte Parallelprojektion) des abgebildeten Teils der Erdoberfläche entspricht. Das Luft- bzw Satellitenbild wird dabei auf ein orthogonales Koordinatensystem projiziert. Die zu entfernenden Verzerrungen entstanden durch die Kameraoptik, Kameraneigung und unterschiedliche Bodenhöhen.
Ein Orthophoto-Luftbild ist flächentreu und winkeltreu wie Karten im Plan-Maßstab, eignet sich als Planungsgrundlage und ist die Grundlage für die Fortschreibung von Karten durch Luftbilder (z.B. im Maßstab 1:5.000 oder 1:10.000). Überlagerungen von Karte und Bild sind ebenfalls einfach möglich. Heute werden Orthophotos fast nur noch digital erzeugt.

Orthophotomosaik

Engl. ortho photo mosaic, franz. mosaique des ortho-images; ein "aus einzelnen digitalen Bilddaten auf ein gemeinsames absolutes Bezugsystem transformiertes Gesamtbild, bei der die Helligkeits-, Kontrast- und Farbunterschiede zwischen den einzelnen Teilbildern durch radiometrische Verarbeitung minimiert werden".

OSCAR

Engl. Akronym für Observation Systems Capability Analysis and Review Tool; als wichtiger Baustein innerhalb des WMO Integrated Global Observing System (WIGOS) unterstützt OSCAR die WMO bei ihren Erdbeobachtungssanwendungen, Studien und der globalen Koordination ihrer Arbeit. Das Online-Tool stellt unter anderem detaillierte Informationen über Erdbeobachtungssatelliten und Instrumente sowie Expertenanalysen zur Verfügung und versucht Nutzeranforderungen in Einklang zu bringen mit aktuellen oder künftigen technischen Möglichkeiten.

Weitere Informationen:

OSPO

Engl. Akronym für Office of Satellite and Product Operations; neu geschaffenes Amt innerhalb des National Environmental Satellite, Data, and Information Service (NESDIS), einer Abteilung der dem Handelsministerium zugeordneten NOAA. Es bündelt die umfassenden Satellitendaten und abgeleiteten Produkte, die bislang auf zwei andere Behörden verteilt waren. OSPO ist verantwortlich für die gesamte Zeitplanung und den Datenfluss der geostationären und der polarumlaufenden Satelliten, sowie für die Bereitstellung von Produkten, die aus den Daten der Satelliten abgeleitet werden.

Weitere Informationen:

Ozeanfarbe

Engl. ocean colour, franz.couleur de l'océan; die "Farbe" des Ozeans wird bestimmt durch das Zusammenwirken des einfallenden Lichtes mit im Wasser vorhandenen Substanzen oder Teilchen. Die wichtigsten Bestandteile sind frei treibende, photosynthetische Organismen (Phytoplankton) und anorganische Schwebstoffe.
Bei der Fernerkundung von Wasserinhaltsstoffen wird deren Eigenschaft genutzt, daß sie die aus dem Wasser rückgestreute Sonnenstrahlung im sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich verändern. Phytoplankton enthält Chlorophyll, welches Licht im blauen und roten Spektralbereich absorbiert und im grünen Bereich emittiert. Schwebstoffe können Licht reflektieren und absorbieren, was die Klarheit (Lichtdurchlässigkeit) des Wassers reduziert. Gelöste Stoffe können ebenfalls die Wasserfarbe beeinflussen.
Instrumente, welche die Strahlungsintensität bestimmter Wellenbereiche messen (Radiometer) beobachten an Bord von Satelliten die Meeresoberfläche. Die gemessene Strahlung kann dann quantitativ in Bezug gesetzt werden zu verschiedenen Bestandteilen der Wassersäule, die mit dem sichtbaren Licht interagieren, wie eben Chlorophyll. Die Chlorophyllkonzentration kann ihrerseits herangezogen werden, um die Menge Kohlenstoff zu bestimmen, die über die Photosynthese in Pflanzen gebunden wird (Primärproduktion). Der Aufnahmepunkt und die, verglichen mit dem menschlichen Auge, empfindlicheren Sensoren führen zu den phantastischen Farbdarstellungen der Ozeanfarben.
Gegenüber punktuellen Wasserproben erlauben Fernerkundungsdaten die Erfassung räumlicher Zusammenhänge und die Darstellung der hohen räumlichen Variabilität von Wasserinhaltsstoffen. Allerdings können die ermittelten Daten über die Chlorophyll-Konzentration keine Aussage machen über die Verteilung der verschiedenen Arten des Phytoplankton.
Zu den Sensoren, die satellitengestützt die Ozeanfarbe messen, gehören MERIS, MODIS, MOS, SeaWiFS, VIIRS. Informationen zu den Sensoren und Bildbeispiele bietet die International Ocean Colour Coordinating Group.

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  Ozeanfarbe im Bereich des Golfstroms

Das wahrscheinlich herausragendste ozeanographische Merkmal des westlichen Nordatlantik ist der Golfstrom (Nordatlantikstrom). Der nördliche Rand dieser Strömung ist deutlich erkennbar mit Hilfe des Chlorophyll-Feldes, das vom Instrument SeaWiFS am 3. April 2003 aufgenommen wurde.

Während seines nordöstlichen Strömungsverlaufs bildet der Golfstrom Mäander, die gelegentlich abreißen. Auf der Nordseite der Strömung bilden sie dann im Uhrzeigersinn verlaufende Ringe mit warmem Kern und auf der Südseite Ringe mit kaltem Kern, die entgegen dem Uhrzeigersinn rotieren. Ringe mit kaltem Kern haben höhere Chlorophyll-Konzentrationen (und niederere Oberflächentemperaturen) als das umgebende Wasser, einige Exemplare sind in diesem Bild erkennbar. Die Kaltwasserringe bilden sich eher im östlichen Teil der Strömung und wandern dann allmählich nach Südwesten. Von einigen hat man berichtet, dass sie bis zu zwei Jahren erkennbar waren.

 

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northatlantic_seawifs_legende
 

Am 11. Mai 2002 gab ein klarer Himmel den Blick frei für das SeaWiFS-Radiometer auf die hoch produktiven Gewässer vor der Ostküste der USA und Kanadas. Die beiden alternierenden Bilder sind aus den gleichen Rohdaten abgeleitet, wurden aber auf verschiedene Weise verarbeitet.

Das erste Bild ist ein quasi Echtfarbenbild, bei dem die roten, grünen und blauen Spektralbänder des Sensors für die roten, grünen und blauen Komponenten des Bildes verwendet wurden. Das zweite Bild ist eine Pseudo-Farbwiedergabe der Chlorophyll-Konzentration an der Meeresoberfläche, die über das Quasi-Echtfarbenbild gelegt wurde. Es ist leicht erkennbar, dass das Chlorophyll-Bild mehr über die Komplexität dieses Teils des Atlantiks aussagt.

Die Ansicht des zweiten Bildes zeigt die hohe Chlorophyll-Konzentration über der Georges Bank und im Gulf of Maine, welche die reiche Phytoplanktonpopulationen dokumentieren, die die Basis der Nahrungskette für den Großteil dieser Ökosysteme bilden. Südlich der nördlichen Grenze des mäandrierenden Golfstroms nimmt die Chlorophyll-Konzentration rasch ab. Östlich der Georges Bank hat sich ein Mäander in einen großen Ring mit warmem Kern abgelöst.

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Quelle: NASA

 

 

Gründe für die Messung der Ozeanfarbe:

  • Erforschung des ozeanischen Kohlenstoffkreislaufs
  • Informationen über den Wärmehaushalts der oberen Ozeanschichten
  • Steuerung der Fischerei
  • Planungsfragen der Küstenzonen

Weitere Informationen:

Ozeane und Fernerkundung

Die Ozeanfernerkundung (ocean remote sensing) ist ein Teilbereich der Gewässerfernerkundung, der sich unter zivilem und militärischem Blickwinkel mit dem Zustand der Ozeane und deren Wechselwirkungen mit anderen Segmenten der Erdsystems befasst und dabei Fernerkundungstechnologien einsetzt.

Ozeane bedecken rund 71 % der Erdoberfläche und entziehen sich alleine durch diese Größe einer bloßen Erforschung und Beobachtung mit nur punktuell möglichen in situ-Methoden (z.B. verankerte Bojen), sondern sind ideales Objekt für den Einsatz großflächiger Fernerkundung mit bei Bedarf hoher temporaler Auflösung.

Ozeane sind für uns wichtig als Nahrungs- und Rohstoffquelle. Darüber hinaus dienen sie als Transportwege, sind von entscheidender Bedeutung für die Bildung von Wettersystemen und die CO2-Speicherung, und sie sind ein wichtiges Glied im Wasserkreislauf der Erde. Das Verständnis für die Ozeandynamik ist wichtig für die Abschätzung der Fischvorräte, für die Planung von Schiffsrouten, für die Vorhersage von Auswirkungen von Phänomenen wie El Niño, für die Vorhersage und Beobachtung von Stürmen um die Schadenswirkungen auf Schifffahrt, Offshore-Aktivitäten (z.B. Ölförderung, Windkraftanlagen) und Küstensiedlungen zu reduzieren. Aus diesen Gründen gehören zum Studium der Ozeandynamik unter anderem die Informationsgewinnung über Wind und Wellen (Richtung, Geschwindigkeit, Stärke), die Tiefenmessung (Bathymetrie), die Wassertemperatur und die Produktivität der Ozeane (Primärproduktion).

Küsten sind ökologisch empfindliche Schnittstellen zwischen Meer und Land und reagieren auf Veränderungen, die durch wirtschaftliche Erschließungsmaßnahmen, Landnutzungsänderungen hervorgerufen werden. Oft sind Küstenstreifen biologisch vielfältige Gezeitenzonen. Küsten sind häufig stark urbanisiert. Über 60 % der Weltbevölkerung leben in Meeresnähe, was die Küsten unter starken anthropogenen Stress setzt.
Aus diesen Gründen benötigen Behörden weltweit verlässliche Monitoring-Daten um Veränderungen durch Küstenerosion, Verlust natürlicher Habitate, Verstädterung, Abwassereintrag und Belastungen im Offshorebereich zu dokumentieren. Viele Aspekte der Dynamik des offenen Ozeans und der Küstenregionen können mit Hilfe von Fernerkundung überwacht und kartiert werden. Satellitenbasierte Messmethoden für Ozeanparameter decken fast die gesamte Bandbreite der derzeitigen Satelliten aus realisierbaren Verfahren ab.

Im optischen Bereich kartieren schmalbandige Radiometer und Spektrometer in mehreren Spektralkanälen die Wasseroberfläche. Dabei ist reines Wasser nur in dem Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 750 nm "durchsichtbar". In diesem Bereich können Schwebstoffe (z.B. Sedimentbildner), Chlorophyll (Plankton, Algen) und weitere organische und anorganische Inhaltsstoffe gemessen werden. Im thermischen Bereich des Spektrums wird die Oberflächentemperatur der Meere gemessen. Bei der Kartierung der Ozeane kommt es meist auf eine globale und tägliche Abdeckung an. Optische Sensoren haben deshalb eine große Streifenbreite (swath width) bei geringerer geometrischer Auflösung (z.B. 1150 km bei 300 bzw. 1200 m Auflösung in 15 Spektralkanälen bei MERIS auf dem inzwischen inaktiven ENVSISAT).

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Quelle: NASA Earth Observatory

Seaweed Farms in South Korea

Die dunklen rechteckigen Strukturen in diesem Bild sind Felder mit Meeresalgen, hauptsächlich der Arten Undaria und Pyropia. Beide Arten sind wichtiger Bestandteil der traditionellen Küche in Korea, China und Japan.
Entlang der Küste Südkoreas werden Algen oft an Seilen angebaut, die von Bojen an der Oberfläche gehalten werden. Diese Methode gewährleistet eine ausreichende Lichtzufuhr bei Hochwasser und vermeidet das Schleifen auf dem Boden bei Niedrigwasser.
Heutzutage werden weltweit ca. 80 % der für den menschlichen Verzehr produzierten Algen in Algenfarmen angebaut. Verglichen mit anderer Nahrungsmittelproduktion spricht man der Algenproduktion in Aqua- oder Marikulturen einen kleinen ökologischen Fußabdruck zu, da sie kein Frischwasser oder Dünger benötigt.
Der Operational Land Imager (OLI) auf Landsat 8 machte diese Aufnahme von den Algenkulturen in den flachen Gewässern um Sisan Island am 31. Januar 2014.

Ergänzende Informationen:

 

Radarsensoren als Altimeter eingesetzt vermessen die Meerestopographie. Die von 1992 bis 2006 operierende amerikanisch/französische Mission TOPEX/Poseidon konnte Höhenunterschiede von 4 cm vermessen. Meeresströmungen und Oberflächenwinde lassen sich somit abschätzen. Die Messungen werden seither mit den moderneren Missionen Jason-1 (2001-13), Jason-2 (ab 2008) und künftig mit Jason-3 (ab 2015) fortgesetzt.

Aktive abbildende Radarsensoren (Synthetic Aperture Radar, SAR) werden, beginnend mit dem amerikanischen SEASAT, seit 1978 eingesetzt, um die Oberfläche der Ozeane und der polaren Eisflächen zu kartieren. Da Wasser für Mikrowellen wie ein Spiegel wirkt, pausen sich regelmäßige Wellenmuster auch noch in den synthetisierten SAR-Bildern durch. Die Muster lassen Rückschlüsse auf die Wellenhöhen, die Wellenrichtung und die Geschwindigkeit des Windes an der Oberfläche zu. Anwendung finden solche Analysen z.B. in der optimalen Positionierung von Offshore-Windfarmen oder auch beim Aufspüren von Ölflecken auf den Meeren, was über die beochtbare Dämpfung der Oberflächenwellen funktioniert.

Beispiele für ozeanbezogene Fernerkundungsanwendungen:

  • Identifizierung von ozeanographischen Mustern
    • Strömungen, regionale Zirkulationsmuster, Scherungen
    • Frontalzonen, interne Wellen Schwerewellen, Wirbel, Auftriebsgebiete, Bathymetrie von Flachwasserzonen
  • Sturmvorhersage
    • Informationen über Wind- und Wellenparameter
    • Sturmflutvorhersage
  • Information über die Wechselwirkungen zwischen Ozean, Eis und Atmosphäre

  • Einschätzung der Fischbestände und der Lebensbedingungen mariner Säugetiere
    • Monitoring der Wassertemperatur
    • Wasserqualität
    • Ozeanproduktivität, Phytoplanktonkonzentration und Verdriftung
    • Aquakulturinventur und -monitoring
  • Ölverschmutzung
    • Kartierung und Vorhersage von Ausmaß und Verdriftung von Ölverschmutzung
    • Strategische Unterstützung für Bekämpfungsmaßnahmen der Ölpest
    • Identifizierung von natürlichen Ölaustrittstellen für die Exploration
  • Schifffahrt
    • Schifffahrtsroutenbestimmung, -optimierung
    • Verkehrsdichtestudien
    • Fischereiüberwachung
    • Küstennavigation
    • Kartierung küstennaher Tiefenverhältnisse
  • Gezeitenökosystem / Wattenmeerökosystem
    • Gezeiten- und Sturmeffekte
    • Beschreibung der Land-/Wasserschnittstelle
    • Kartierung von Küstenliniencharakteristika und Stranddynamik
    • Kartierung der Küstenvergetation
    • Menschliche Aktivitäten / Einwirkungen
  • Meereis
    • Konzentration der Eisdecke
    • Eistyp / Alter / Bewegung
    • Eisbergerkennung, -verfolgung
    • Erkennung von Leads/Eisrinnen (sichere Schiffspassagen; Wärmetransporte in die Atmosphäre)
    • Eiszustand (Zerfall der Eisdecke)
    • Meteorologische und Global Change-Forschung
Die Beständigkeit der Meere

Perpetual_Ocean_24fps_960x540_web

Zum Start der Animation auf Grafik klicken.

Quelle: NASA GFSC

Diese Visualisierung zeigt oberflächennahe Meeresströmungen rund um den Globus während der Zeit vom Juni 2005 bis zum Dezember 2007. Die Visualisierung enthält keinen gesprochenen Kommentar oder sonstigen Anmerkungen, ledigliche eine musikalische Untermalung. Es war das Ziel, Daten der Meereströmungen zu verwenden, um eine einfache, intuitive Erfahrung zu ermöglichen.

Zur Erstellung der Visulisierung wurden für dieses gemeinsame MIT/JPL-Projekt (ECCO2) gewaltige Mengen an Daten und Algorithmen eingespeist. ECCO2 benutzt das numerische MIT-Modell der Allgemeinen Zirkulation (MITgcm) um Satelliten- und in situ-Daten der Weltmeere zusammen zu führen. Die Auflösung des Modells erlaubt die Darstellung von ozeanischen Wirbeln und anderen relativ kleinskaligen Strömungssystemen, die Wärme und Kohlenstoff in den Ozeanen transportieren. ECCO2 enthält Daten zu Ozeanströmungen in allen Tiefen, aber in dieser Visualisierung sind nur die Oberflächenverhältnisse dargestellt. Die dunklen Muster unter den Ozeanen stellen die Tiefenverhältnisse dar. Die topographische Überhöhung auf Land besitzt den Faktor 20, die der Bathymetrie Faktor 40.

'Data used by the ECCO project include: sea surface height from NASA's Topex/Poseidon, Jason-1, and Ocean Surface Topography Mission/Jason-2 satellite altimeters; gravity from the NASA/German Aerospace Center Gravity Recovery and Climate Experiment mission; surface wind stress from NASA's QuikScat mission; sea surface temperature from the NASA/Japan Aerospace Exploration Agency Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS; sea ice concentration and velocity data from passive microwave radiometers; and temperature and salinity profiles from shipborne casts, moorings and the international Argo ocean observation system.' (sciencedaily.com)

 

Weitere Informationen:

Ozeansalzgehalt

Syn. Ozeansalinität, engl. ocean salinity; Meerwasser hat einen durchschnittlichen Salzgehalt (Salinität) von 3,5 % Massenanteil. Salinität wird im einfachsten Fall als Massenanteil in g/kg (Gramm Salz pro Kilogramm Salzwasser bzw. Lösung), in Prozent (1 % entspricht 10 g/kg) oder in Promille angegeben. Heute üblich und empfohlen ist die Angabe in der dimensionslosen Einheit PSU (Practical Salinity Units). Sie gibt an, wie viel Gramm Salz in einem Kilogramm Wasser gelöst sind.

Aquarius Sea Surface Salinity Flat Map

Langzeit-Kompositbild (Animation):
19. Dezember 2011 bis 21. Dezember 2012

aquarius_final_MOL_10720_web Salinität (PSU) - Legende:

cbar_scientists

Die Grafik/Animation visualisiert Daten über die Salinität an der Meeresoberfläche, aufgenommen von der NASA-Mission Aquarius. Die roten Farben zeigen eine höhere Salinität (40 g pro Kilogramm) und tiefblau steht für relativ niedrige Salinität (30 g pro kg).

In dieser Karte zeigen sich Auffälligkeiten bei der Verteilung des Salzgehalts an der Ozeanoberfläche, die auf Unterschiede bei Niederschlagsverteilung, Verdunstungsraten, Flusswassereintrag und Meereszirkulation zurückzuführen sind:

  • der Atlantik ist i.A. salzhaltiger als der Pazifik und der Indik
  • Wassermassen mit geringem Salzgehalt im östlichen äquatorialen Pazifik werden nach W transportiert
  • in der Animation ist die starke Zufuhr von Süßwasser aus dem Amazonasbecken sehr gut erkennbar
  • vom Labradorstrom wird salzarmes Wasser nach S verfrachtet
  • auch der Süßwassereintrag aus dem Fluss-System des Ganges ist im östlichen Indik erkennbar, und führt zu einem deutlichen Kontrast gegenüber dem salzreicheren West-Indik
  • zonal gesehen fallen die höheren Salzgehalte in den Subtropen auf, die geringere Salinität in den niederschlagsreichen inneren Tropen

Zur Animation auf Grafik klicken

Quelle: NASA GSFC
 

Die Salinität kann mit Hilfe eines Salinometers bestimmt werden. Dabei wird ausgenutzt, dass die elektrische Leitfähigkeit des Wassers proportional zum Salzgehalt ist. Je höher die Salinität, umso geringer ist der Widerstand oder umso größer ist die Leitfähigkeit der untersuchten Meerwasserprobe. Die Messungen erfolgen in situ mit großer Genauigkeit aber mit geringer räumlicher und zeitlicher Auflösung. Globale Daten versprechen die neuen Satellitenmissionen Aquarius (NASA) und SMOS (ESA). Sie messen aber lediglich die Salinität der obersten Millimeter der Wasserflächen.

NASA Goes Below the Surface to Understand Salinity

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Das Radiometer von AQUARIUS nimmt Messungen des Salzgehalts einer hauchdünnen Schicht an der Ozeanoberfläche vor. Aus Salinitätsdaten des obersten Zentimeters der Meere werden wöchentlich und monatlich weltweite Karten zur Salzkonzentration über wenigstens drei Jahre hinweg erstellt.
Zusammen mit der Temperatur ist der Salzgehalt der Meere der wichtigste Motor für die Meeresströmungen, ein entscheidender Faktor in Klimaprozessen und ein Indikator für den sich verändernden irdischen Wasserkreislauf. Die Salzgehaltsmessungen aus dem Weltall sind eine der großen technologischen Herausforderungen der Ozeanographie. Aber nachdem Aquarius nun begonnen hat entsprechende hochgenaue Daten zu liefern, stellt sich das nächste Problem:

"The next question is: How do you understand what the satellite sees?" said Yi Chao of NASA's JPL in Pasadena, Calif. Cho is the Aquarius project scientist. "Without deploying instruments under the ocean's surface, we do not know how to fully interpret the satellite observations of surface salinity."
Aus diesem Grund startete die NASA das Feldexperiment SPURS - Salinity Processes in the Upper Ocean Regional Study. Dabei setzen die Wissenschaftler in einem der salzreichten Teile des Atlantiks eine Vielzahl unterschiedlicher Beobachtungsmethoden ein, in Kombination mit den Aquarius-Messungen. Um ein detailliertes, 3-dimensionales Bild der ozeanischen Prozesse zu erzeugen, die die Salinität betreffen, verwendet SPURS die bereits existierenden ARGO Tiefendriftkörper, Instrumente auf Handelsschiffen, Oberflächendriftkörper, verankerte Bojen, torpedoähnliche Gleitkörper, ein autonomes U-Boot und Instrumente auf einem Forschungsschiff.

Quelle: NASA

Weltweit gesehen und auch bezogen auf die gesamte vertikale Erstreckung der Ozeane liegt der Wert für die Ozeansalinität zwischen ~33-37 ppt bzw. psu, der Durchschnittswert für alle Ozeane beträgt 35 psu. Die Werte für die Teilmeere sind unterschiedlich. Die größten Salzgehalte findet man in den Subtropen, wo die Verdunstung den Niederschlag überschreitet. Diese Regionen korrespondieren mit den Wüsten, die in gleicher Breitenlage auf dem Land vorkommen. Niedrigere Salzgehalte im Oberflächenwasser treten im Allgemeinen in Äquatornähe aufgrund der hohen Niederschläge auf, sowie in Richtung der höheren Breiten durch schmelzendes Eis und Schneefall. Die Ostsee hat einen Salzgehalt von 0,2 bis 2 %. Einige Binnenseen ohne Abfluss haben weit höhere Salzanteile im Wasser; das Tote Meer ist für seinen Salzgehalt von 28 % bekannt. Der Mittelwert gilt somit vor allem für das Hauptvolumen der Ozeane und auch für die meisten Nebenmeere wie etwa die Nordsee.

Das Salz der Ozeane stammt aus der Zeit, als sich nach der Abkühlung und Verfestigung der Erdkruste die erste Wasserhülle bildete, der Urozean. Seitdem wirken zwei gegenläufige Prozesse auf den Salzgehalt ein: wenn am Meeresboden Sedimentmaterial in den geologischen Untergrund absinkt, dann wird mit dem eingeschlossenen Porenwasser Salz entfernt, ungefähr ebensoviel, wie dem Meer ständig durch Verwitterung von Gestein zugeführt wird. Beide Prozesse waren in den erdgeschichtlichen Perioden verschieden intensiv, es gab Perioden mit starker Gebirgsbildung und Perioden mit starker Erosion. Vieles spricht dafür, daß vor 270 Millionen Jahren der Salzgehalt des Weltmeers sogar höher als heute war, denn im Perm-Zeitalter verdunstete viel Meerwasser in Flachwassergebieten. Meersalz wurde in Salzlagerstätten festgelegt. Damals war der Salzgehalt vielleicht 42 Promille.
Auch während der Kaltzeiten des Pleistozäns wurde aus dem Weltozean stammendes Wasser als Süßwassereis auf dem Land abgelagert. Deshalb war der Salzgehalt des Weltmeers vor 20.000 Jahren wohl 35,9 Promille gegenüber 34,7 Promille in der Gegenwart.

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Flat Map of Ocean Salinity

Die durchschnittliche Dichte des Meerwassers kann berechnet werden aus der durchschnittlichen Temperatur des Meerwassers und dessen Salzgehalt, indem man die Zustandsgleichung für Meerwasser verwendet. Das Bild zeigt den langzeitlichen Durchschnitt der Wasserdichte an der Meeresoberfläche, dabei hellblaue Regionen für die geringste Dichte und dunkelblaue Regionen die größte Dichte.
Die Variationen der oberflächennahen Dichtewerte sind zwar sehr klein, nämlich weniger als 3 %, aber auch diese Beträge sind sehr bedeutend.
Es gibt drei stabile Gebiete mit hoher Dichte an der Meeresoberfläche, eines in den Meeresgebieten um Island, Grönland und Skandinavien und die anderen beiden bei oder unter größeren antarktischen Eisschelfen. In diesen Gebieten wird das Oberflächenwasser ausreichend dicht um abzusinken und sich in die ozeanischen Tiefenströme einzugliedern. Tatsächlich geht man davon aus, dass dieser Absinkprozess die Tiefenströmungen antreibt, und zwar als Teil eines 'Thermohaline Zirkulation' genannten Systems. Diese Zirkulation hat eine große Auswirkung auf das Klimasystem der Erde, indem es u.a. den Golfstrom und El Niño-Ereignisse beeinflusst.

Quelle: MetEd / NASA

Gewöhnlich besteht der Schichtungsaufbau der Ozeane aus relativ warmem Wasser an der Oberfläche mit einem höheren Salzgehalt, das über geringer salinarem Tiefenwasser liegt. Diese zwei Regionen durchmischen sich nicht, außer in ganz bestimmten Regionen. Die Meeresströmungen, also die Bewegungen der Ozeane in der Oberflächenschicht werden meist vom Wind angetrieben. In bestimmten Bereichen nahe der polaren Ozeane wird das kalte Oberflächenwasser wegen Verdunstung und Eisbildung noch salzhaltiger. Daher wird in diesen Gebieten das Oberflächenwasser ausreichend dicht um in die Tiefen des Ozeans abzusinken. Diese Verfrachtung von Wassermassen in die Tiefe zwingt das dort befindliche Wasser horizontal auszuweichen, bis es eine Region auf der Erde findet, in der es aufgrund von Dichteunterschieden wieder an die Oberfläche aufsteigen kann und damit die Strömungsschleife schließt. Dies geschieht gewöhnlich in Meeresbereichen um den Äquator, vorrangig im Pazifik und im Indik. Diese großräumige, langsame Strömung wird thermohaline Zirkulation genannt, da sie durch Unterschiede in Temperatur und Salinität des Meerwassers angetrieben wird.

Die thermohaline Zirkulation oder
das große Förderband des Ozeans (Animation)

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Zur Animation (DVD-Version) auf Grafik klicken
'Geblockte Inhalte' zulassen!Quelle: NASA GSFC

Diese Animation zeigt eine der wichtigsten Regionen, in der sich der Transport von Oberflächenwasser in die Tiefe vollzieht: der Nordatlantik um Grönland, Island und die Nordsee.
Die oberflächennahe Strömung bringt über den Golfstrom neues Wasser aus dem Südatlantik und das Wasser kehrt über die Nordatlantische Tiefenwasserströmung (North Atlantic Deep WaterNADW) wieder in den Südatlantik zurück. Der Zustrom von warmem Waaser von den Kontinenten in das nordatlantische Polarmeer hält die Gebiete um Island und vor Südgrönland meist eisfrei.

Die Animation zeigt auch ein weiteres Charakteristikum der globalen Ozeanzirkulation, den antarktischen Zirkumpolarstrom (engl. Antarctic Circumpolar Current (ACC)). Das Gebiet um 60° s.Br. ist der einzige Bereich auf der Erde, in dem der Ozean unbehindert von Landmassen den Globus umrunden kann. Infolgedessen strömen sowohl die oberflächennahen Wassermassen als auch die Tiefenwasser von W nach O um die Antarktis. Diese zirkumpolare Bewegung verbindet die Weltmeere und erlaubt es einerseits der Tiefenwasserzirkulation aus dem Atlantik im Indik und im Pazifik aufzusteigen und andererseits der Oberflächenzirkulation, sich der Nordwärtsströmung im Atlantik anzuschließen.

Die Farbgebung der Weltmeere zu Beginn der Animation bringt die Dichte des Oberflächenwassers zum Ausdruck, wobei die dunkelsten Gebiete die höchste Dichtewerte darstellen und helle Regionen am wenigsten dicht sind. Die Tiefen der Ozeane sind stark übertrieben, um die Unterschiede zwischen den Oberflächenströmungen und den Tiefenströmungen hervorzuheben. Die Wasserbewegungen in diesem Modell basieren eher auf Strömungstheorien der thermohalinen Zirkulation als auf tatsächlichen Daten. Die thermohaline Zirkulation ist eine sehr langsame Strömung, die schwer von der allgemeinen Meereszirkulation zu unterscheiden ist.

Durch die globale Ozeanzirkulation wird Wärme vom Äquator zu den hohen Breiten transportiert. Der Nordatlantikstrom verschafft auf diese Weise den mittleren Breiten Europas ein wärmeres Klima als den gleichen Breiten an der Ostseite Nordamerikas.
Eine Erhöhung der Dichte von Wasser führt zu dessen Absinken und löst somit eine vertikale Zirkulation aus. Diese Zirkulation im Ozean ist die durch Temperatur- und Salzgehalt angetriebene vertikale Ozeanzirkulation – bekannt als globale thermohaline Zirkulation.
Je kälter und salziger Wasser ist, umso schwerer ist es. Wenn Wasser aus dem Ozean verdunstet, steigt der Salzgehalt, und die Oberflächenschicht wird schwerer; Niederschlag reduziert den Salzgehalt. Ebenso erhöhen oder verringern das Gefrieren von Meerwasser oder Schmelzprozesse den Salzgehalt. Der Gefrierungsprozess extrahiert zum Beispiel Süßwasser in der Form von Eis und hinterlässt dichtes, salziges, kaltes Oberflächenwasser.
Zu Dichteunterschieden des Meerwassers trägt die Salinität üblicherweise in geringerem Maße als die Temperatur bei. Falls aber salzhaltigeres Wasser über salzärmerem Wasser liegt, dann muss die Temperaturdifferenz zwischen beiden groß genug sein, um eine stabile Schichtung (weniger dichtes Wasser über dichterem Wasser) zu gewährleisten. Polnahes Meerwasser weist die höchsten Salzgehalte weltweit auf. Trotz der Offenheit der Struktur des Eises passen die meisten Unreinheiten (Salz) nicht zwischen seine Molekularstruktur. Deshalb "fällt" beim Gefriervorgang Salz "aus" -  Süßwassereis entsteht, nicht gefrorenes Wasser wird salzhaltiger.
Die Oberflächenwassertemperatur wird schon seit einigen Jahrzehnten routinemäßig per Satellit gemessen, und die Fernerkundung der Oberflächensalzgehalte ist ein wichtiger Zusatz für unser Wissen über die Ozeanzirkulation.

Weitere Informationen:

Ozeanversauerung

Als Versauerung der Meere wird die Abnahme des pH-Wertes des Meerwassers bezeichnet. Verursacht wird sie durch die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Erdatmosphäre. Der Vorgang zählt neben der globalen Erwärmung zu den Hauptfolgen der menschlichen Emissionen des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid. Während Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre physikalisch zu steigenden Temperaturen auf der Erde führt, wirkt es im Meerwasser chemisch. Die Versauerung durch Gase lässt sich ausschließlich auf CO2 zurückführen, die Emissionen anderer Treibhausgase wie Methan oder Lachgas tragen nicht dazu bei. Darüber hinaus spielen Säureeinträge wie Dünnsäure und andere Umweltverschmutzungen eine geringe Rolle (aber nicht keine).

Artist's rendition of anthropogenic CO2 and
the resulting ocean acidification

CO2_12-31-07

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Während die Sorge um die globale Erwärmung als Folge gestiegener Treibhausgase, bedingt u. a. durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe inzwischen weitgehend anerkannt ist, hat die andere Seite der CO2-Emissionen, nämlich die Versauerung der Ozeane über die CO2-Anreicherung viel weniger Aufmerksamkeit erreicht. Anthropogenes CO2 verbleibt nur für eine bestimmte Zeit in der Atmosphäre. Während ein kleiner Teil des anthropogenen CO2 einen kleinen Umweg von im Schnitt 40 Jahren Dauer durch die terrestrische Biosphäre unternimmt, bevor er infolge von Zersetzungsprozessen wieder in die Atmosphäre entlassen wird, wird ungefähr ein Drittel des jedes Jahr emittierten CO2 rasch von den Ozeanen aufgenommen. Auf lange Sicht werden ca. 85 % aller menschengemachten CO2-Emissionen durch Gasaustausch an der Luft-Meer-Schnittstelle absorbiert. Dieser Wert ist belegbar durch die chemische Aufnahmekapazität und die Gesamtmenge der verbrannten fossilen Brennstoffe.
Die jährliche Aufnahmerate wird von den Durchmischungsvorgängen im Ozean bestimmt. Hierbei gibt es keine Ungewissheiten. Die Anreicherung von CO2 aus fossilen Brennstoffen im oberen Ozean und sein Eindringen in die Tiefsee in neu gebildetem Tiefenwasser ist von Meereschemikern deutlich beobachtbar. Wir haben bislang ca. 530 Mrd. Tonnen CO2 aus fossilen Brennstoffen in den Ozeanen 'entsorgt', und die Rate der Neueinträge übersteigt 1 Mio. Tonnen CO2 pro Stunde.
Dadurch versauern wir die Meere und verändern grundlegend das empfindliche geochemische Gleichgewicht. Man beginnt erst jetzt, die Folgen für die Lebewesen im Meer zu untersuchen, aber man weiß, dass vergleichbare Ereignisse in unserer geologischen Geschichte massive Veränderungen der ozeanischen Ökosysteme zur Folge hatten, einschließlich ausgedehntem Artensterben.

Quelle: MBARI

 

Die Folgen dieser Versauerung betreffen zunächst kalkskelettbildende Lebewesen, deren Fähigkeit, sich Schutzhüllen bzw. Innenskelette zu bilden, bei sinkendem pH-Wert nachlässt. Weil diese Arten oft die Basis der Nahrungsketten in den Ozeanen bilden, können sich daraus weitere schwerwiegende Konsequenzen für die zahlreichen von ihnen abhängigen Meeresbewohner und in der Folge auch für die auf diese angewiesenen Menschen ergeben.
Der pH-Wert ist für ideal verdünnte Lösungen definiert und daher auf das salzhaltige Meereswasser nicht direkt anwendbar. Um Durchschnittswerte für Meereswasser angeben zu können, müssen darüber hinaus Modelle angewendet werden, um ein chemisches Gleichgewicht des Ozeans zu simulieren. Hierzu werden derzeit drei verschiedene Modelle mit daraus folgenden Skalen angewendet, die um bis zu 0,12 Einheiten auseinander liegen. Durchschnittswerte können daher nur im Rahmen des zugrundeliegenden Modells verglichen werden.

Das Meerwasser ist mit einem pH-Wert um 8 leicht basisch. Nach einer Zusammenfassung der britischen Royal Society weist das Oberflächenwasser der Meere heute bis in eine Tiefe von 50 m typischerweise pH-Werte zwischen 7,9 und 8,25 auf, mit einem Durchschnittswert von 8,08.Die wichtigsten Ursachen für diese Differenz um 0,25 Einheiten sind die Temperatur des Wassers, der lokale Auftrieb von kohlenstoffdioxidreichem Tiefenwasser, sowie die biologische Produktivität, die dort, wo sie hoch ist, in Form von Meereslebewesen viel Kohlenstoffdioxid bindet und in tiefere Wasserschichten transportiert.

Eine Möglichkeit, frühere pH-Werte zu rekonstruieren, bietet die Analyse von Sedimenten. Aus der isotopischen Zusammensetzung von Borhydroxiden lässt sich bestimmen, dass der pH-Wert an der Meeresoberfläche vor etwa 21 Millionen Jahren etwa 7,4 ± 0,2 betrug, bis er vor ungefähr 7,5 Millionen Jahren auf den Wert von 8,2 ± 0,2 stieg. Da der pH-Wert der Meere über den Henry-Koeffizienten direkt mit der Kohlenstoffdioxidkonzentration der Atmosphäre gekoppelt ist, lassen sich so auch Paläo-CO2-Konzentrationen bestimmen. Bis zum Beginn der ozeanischen Versauerung in Folge der einsetzenden Industrialisierung im 18. Jahrhundert und des steigenden Kohlenstoffdioxidausstoßes blieb dieser Wert in etwa konstant.

Einer Studie der Stanford University zufolge, die einen vorindustriellen pH-Wert des oberflächennahen Meerwassers von durchschnittlich 8,25 annimmt, soll sich der pH-Wert durch die Aufnahme von Kohlenstoffdioxid auf den heutigen Wert von durchschnittlich 8,14 verringert haben. Eine gemeinsame Übersicht aus den USA von der National Science Foundation (NSF), der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und dem United States Geological Survey (USGS) kommt zu dem Schluss, dass vor der Industrialisierung der durchschnittliche pH-Wert bei 8,16 lag, während er heute 8,05 beträgt. In beiden Fällen wird die Versauerung auf die menschlichen Emissionen von Kohlenstoffdioxid zurückgeführt und mit 0,11 pH-Einheiten beziffert.

ocean_acidification_1 Ocean Acidification


Schematischer Vergleich zum Zustand der Karbonate in den Ozeanen unter den mäßig sauren Verhältnissen des späten 19. Jahrhunderts mit den stärker sauren Bedingungen, die für 2100 erwartet werden.

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Quelle: Encyclopedia Britannica (R.o.)
 

Ozeanversauerung erfolgt in großem Maßstab und wird von vielen Umweltgrößen beeinflusst. In situ-Messungen besitzen in räumlicher Hinsicht (verankerte Messstationen) oder/und in zeitlicher Hinsicht (Schiffsbeobachtungen) naturgemäß Beschränkungen. Fernerkundung als relativ junge und zu entwickelnde Technologie bietet hingegen den Blick auf den gesamten Ozean mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Allerdings ist der Einsatz von Fernerkundungsmethoden zur direkten Überwachung von Änderungen des ph-Wertes in den Ozeanen und ihre Wirkungen auf marine Organismen gegenwärtig noch nicht möglich. Wohl aber können eine Reihe von FE-Produkten, die von Satellitendaten abgeleitet sind, wertvolle Informationen liefern und erlauben es, einige Konsequenzen der Ozeanversauerung abzuschätzen. Einige dieser Messungen messen den ozeanischen Kohlenstoffkreislauf direkt (z.B. CO2-Austauschvorgänge zwischen Atmosphäre und Ozean, POC und PIC). Andere messen geo-biochemische Reaktionen auf die Ozeanversauerung (z.B. AT, Kalkbildungsraten).
Satellitenmissionen, die unter anderem der indirekten Untersuchung der Ozeanversauerung dienen, sind z.B. die NASA-Missionen Orbiting Carbon Observatory (OCO), Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) und bis 2010 Sea-Viewing Wide Field-of-View Sensor (SeaWiFS).

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