Mikrowellen-Fernerkundung
Engl. microwave sensing; Fernerkundung mit Hilfe von Sensoren, die im cm-Wellenbereich empfindlich für die von der Erde oder der Atmosphäre reflektierte Strahlung sind. Es kommen passive Systeme, wie auch aktive Systeme zum Einsatz. Zu letzteren zählt die Radar-Fernerkundung, die im Vergleich zum Monitoring im Bereich des sichtbaren Lichtes und des Infrarots andere Möglichkeiten erschließt. Dazu gehören die erhöhte Eindringtiefe der Strahlung in die Erdoberfläche (X-Band, 3 cm-Wellen), die Unabhängigkeit von der Tageszeit sowie die Unabhängigkeit von Witterungsbedingungen, da die Moleküle in der Atmosphäre im Mikrowellenbereich nicht stören. Nachteilig ist der hohe instrumentelle Aufwand und die zahlreichen Fremdeinflüsse auf die Messergebnisse.
Anwendungen der passiven Mikrowellen-Fernerkundung umfassen Meteorologie, Hydrologie und Ozeanographie. Die Beobachtung der Atmosphäre ermöglicht es, atmosphärische Profile zu messen, sowie je nach wellenlänge den Wasser- und Ozongehalt der Lufthülle zu bestimmen. In der Hydrologie kann die Bodenfeuchte ermittelt werden, da die Mikrowellenstrahlung von der Feuchtigkeit abhängt. Für die Ozeanographie ist die Beobachtung von Meereis, Strömungen und Winden, wie auch von Verschmutzungen, z.B. durch Öl von Bedeutung.
| Passive Mikrowellenfernerkundung | Aktive Mikrowellenfernerkundung |
|---|---|
| Sensorbeispiele | |
| AMSU-A & -B, MHS, AMSR-E, SSM/I/T1/T2, SSMIS, TRMM-TMI, WindSat, NPOESS MIS* und ATMS | QuikSCAT, TRMM-PR, RADARSAT, MetOp, ASCAT, CloudSat, U.S. Navy GFO, Jason-1, -2, -3, ERS-2 SCAT & SAR, Envisat ASAR und RA-2 |
| Messkapazitäten | |
| Erfassen von Mikrowellenenergie, die von terrestrischen Quellen ausgesandt wird | Senden und Empfangen von elektromagnetischen Energiepulsen |
| Schichtenbezogene Wolken- und Niederschlagsinformation | Wolken- und Niederschlagsinformation aus einzelnen Atmosphärenbereichen |
| Windvektoren auf Meeresspiegelhöhe (WindSat, MIS*), Salinität | Windvektoren auf Meeresspiegelhöhe, Salinität |
| Niederschlag (Regenmenge und Schneefall) | Niederschlag (Regenmenge und Schneefall) |
| Wolkeneigenschaften (Mikrophysik, Wolkenober- und -untergrenzen) | Wolkeneigenschaften (Mikrophysik, Wolkenober- und -untergrenzen) |
| Profilnahmen der Atmosphärentemperatur und -feuchte | |
| Schnee- und Meereisbedeckung und deren Ausdehnung, Alter des Meereises | Schneeflächen und Meereisausdehnung, Flusseisbewegeung |
| Eigenschaften der Schneebedeckung | Eigenschaften der Schneebedeckung |
| Bodenfeuchte / Oberflächennässe | Bodenfeuchte / Oberflächennässe |
| Vegetation, Biomasse, Landnutzung, Oberflächenrauigkkeit, Topographie und Geologie (SAR, SCAT, ASCAT, RADASAT) | |
| Meeresoberflächentemperatur | Meeresoberflächentopographie, Zustand der Meeresoberfläche, Wärmespeicherung und -transfer (von Radaraltimetern) |
Übersicht über Mikrowellensensoren:
passive Sensoren:
nicht-bildgebende aktive Sensoren:
- Altimeter: Abstand zwischen Sensor und Oberfläche aus Laufzeit eines Pulses →Topographie der Eis- bzw. Meeresoberfläche; Form gibt Information über Rauigkeit (Windstärke und Wellenhöhe); ERS 1-2, SEASAT, TOPEX/Poseidon, JASON
- Scatterometer: Aussenden unter mehren Winkeln; Analyse der winkelabhängigen Rückstreuung; Windfeld über offenem Wasser, Wellenhöhen, Rauigkeit des Meereises
- Niederschlagsradar: Pulsradar mit schmalem Strahl und vertikaler Blickrichtung; vertikal aufgelöste Rückstreuung an Niederschlagpartikeln, z.B. PR (Precipitation Radar) auf TRMM oder DPR (Dual-Frequency Precipitation Radar) auf GPM
- Wetterradar am Boden
bildgebende aktive Sensoren:
- Real Aperture Radar (RAR)
- Radar mit synthetischer Apertur (SAR): Nutzung sehr breit abstrahlender Antennen; Abtastung der Erdoberfläche mittels Pulsbreite (X-Richtung) und Flugrichtung (Winkel durch synthetic aperture)
- SAR-Polarimetrie
- SAR-Interferometrie
- Differentielle SAR-Interferometrie
Weitere Informationen:
- Satellitenfernerkundung des Emissionsvermögens von Landoberflächen im Mikrowellenbereich (Diss. Claudia Wunram)
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