Scatterometer

Engl. für Streustrahlungsmesser, franz. scattéromètre; ein nicht abbildendes, hochfrequentes Radarinstrument zur quantitativen Erfassung des Rückstreukoeffizienten der Geländeoberfläche in Funktion des Einfallswinkels (Inzidenzwinkel). Das Scatterometer sendet elektromagnetische Energie im Mikrowellenbereich (0,3 GHz - 300 GHz) aus und misst das Ausmaß der von den Objekten der Erdoberfläche in Richtung der Plattform rückgestreuten Energie in Funktion der technischen Parameter des Scatterometer, der Distanz zwischen der Plattform und den Objekten (Erdoberfläche) und den Eigenschaften der Objekte. Insbesondere macht man sich die Oberflächenrauigkeit zu Nutze. Scatterometer werden auf Flugzeugen und Satelliten eingesetzt.

Während Satellitenaufnahmen in den Spektralbereichen sichtbares und Infrarot-Licht dazu beitragen können, Stürme zu lokalisieren, vermögen sie jedoch keine Auskunft über die Oberflächenintensität zu geben. Nur das Scatterometer hat seine Fähigkeit bewiesen, Windgeschwindigkeit und Windrichtung in einem sehr breit gefassten Bedingungsspielraum mit relativ hoher Raumauflösung zu messen.

Dies geschieht beispielsweise über den Meeren, indem es die Rückstreuung misst, die von den kleinen windverursachten Rippeln auf der Wasseroberfläche ausgeht. Bei schrägem Einfallswinkel ist die Intensität der rückgestreuten Mikrowellenstrahlung von der Rauhigkeit der Wasseroberfläche abhängig, und diese wiederum von der Windgeschwindigkeit über der Wasseroberfläche. Die Genauigkeit beträgt wenige Zentimeter, so dass sich auch Wellenhöhen ermitteln lassen sowie ozeanische Strömungsfelder.

Die vom Scatterometer gelieferten Informationen über Windfelder erlauben es, Position und Zugbahn von Tiefdruckgebieten präziser nachzuverfolgen. Dies ermöglicht eine wesentliche Verbesserung des Genauigkeitsgrads von kurz- und mittelfristigen Vorhersagen.

Auf Land ist das Radarecho eine Funktion der Landbedeckung mit ihren Rauigkeitsunterschieden.

Die inaktiven europäischen Fernerkundungssatelliten ERS-1 und ERS-2 erfassten mit Hilfe des AMI-SCAT durch drei Antennen den Rückstreukoeffizienten entlang eines 500 km breiten Streifens rechts der Flugbahn in einer nach rechts geneigten (engl. mid beam), einer um einen Azimutwinkel von 45º nach vorne (engl. fore beam) und einer um einen Azimutwinkel von 45º nach hinten (engl. after beam) gedrehten Aufnahmerichtung. Die Daten wurden als Rückstreukoeffizenten in einem Raster mit 25x25 km großen Rasterelementen für jede der drei Antennen aufbereitet. Da das Scatterometer auf ERS vornehmlich zum Zwecke der Erfassung von Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen über Ozeanen konstruiert wurde, wird es des öfteren als Wind-Scatterometer bezeichnet. Später wurde das ERS-Scatterometer jedoch auch vermehrt zur Extraktion von Informationen über die Bodenfeuchte (wetness index) in der durch das C-Band erfassbaren obersten Bodenschicht von 0,5-2 cm herangezogen.

Windfeldkarte des Hurrikans Isabel (15.23 UTC, 17.09.2003) Diese Windfeldkarte wurde aus Daten des Wind-Scatterometers an Bord von ERS-2 am 17.9.2003 erstellt. Jedes Fähnchen auf dem Windfeld zeigt die Richtung und die Stärke des Windes an. Der Fahnenteil der Signaturen zeigt in die Richtung, aus der der Wind kommt. Erkennbar wird somit eine dem Uhrzeigersinn entgegen gerichtete Rotation um das Auge des Hurrikans. Die Zahl der seitlichen Striche an einer "Fahnenstange" zeigen die Windstärke an: Je mehr Striche, um so stärker ist der Wind. Sechs Striche stehen für Windstärken über 32 Knoten. Zum Aufnahmezeitpunkt wurde Isabel in die Hurricane-Kategorie 2 eingestuft. Isabel hatte am 14.9.2003 Windgeschwindigkeiten von 170 Knoten erreicht und lag damit gerade unterhalb der Kategorie 5. Quelle: ESA

Damit liefern Scatterometer nicht nur eine enorme Menge von Windmessdaten hoher Qualität an die Meteorologen, sondern auch detaillierte Merkmale der dichten Wirbelsturmstrukturen, die mit anderen Erfassungsmethoden nur unter großen Schwierigkeiten erhältlich wären. Die Zeitauflösung (temporale Auflösung) ermöglicht dem Satelliten, alle 24 bis 48 Stunden ein Bild eines tropischen Wirbelsturms zu produzieren.

Über Landflächen messen Scatterometer den Rückstreukoeffizienten, der von Vegetation, Bodenrauigkeit, Bodenfeuchte und Einfallswinkel beeinflusst wird. Um z.B. den Bodenwassergehalt zu bestimmen, müssen die anderen Einflussgrößen berücksichtigt werden.

Mittlerer Bodenwasserindex - ERS Scatterometer-Daten 1992-2000 Zu Animation auf Grafik klicken.
	Der mittlere Bodenwasserindex ist ein Trendindikator der Feuchtigkeits-verhältnisse in den oberen 100 cm der Böden, abgeleitet aus den ERS-FE-Daten. Der Wert 0% repräsentiert trockene, 100% steht für feuchte Verhältnisse. Quelle: TU Wien IPF

Scatterometer befanden sich u.a. an Bord der europäischen ERS-Satelliten (AMI), ferner des japanischen ADEOS-II und des amerikanischen QuikSCAT mit fast identischen Versionen des Instruments SeaWinds. Aktuell (2014) sind ein Ku-Band-Scatterometer (SCAT) auf dem indischen OceanSat-2, sowie zwei C-Band-Scatterometer (ASCAT) an Bord der europäischen MetOp-A und MetOp-B in Betrieb. Diese Konstellation wurde im September 2014 ergänzt durch das an der ISS montierte ISS-RapidScat.

Weitere Informationen:

• What is Scatterometry? (COAPS)
• Scatterometers (The Earth Observation Handbook Rio+20)
• Scatterometer work (KNMI)
• Ocean Winds (PODAAC)