Neuer Satellit Aeolus soll Wettervorhersage verbessern

Am 21. August 2018 soll der neue Satellit Aeolus der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) starten. Aeolus hat ein völlig neues Fernerkundungsinstrument an Bord: ein Doppler-Wind-Lidar. Mit Hilfe von Laserimpulsen kann dieser Satellit erstmals weltweit horizontale Windprofile vom Weltall aus gewinnen.

Aeolus sendet dazu UV-Laserpulse in die Atmosphäre und misst die Frequenzänderung des zurückgestreuten Lichtes (die sogenannte Doppler-Verschiebung), die durch die Bewegung der Luftteilchen entsteht. Das Licht wird allerdings nicht nur von Luftmolekülen, sondern auch von Wolken, Aerosolen und dem Boden zurückgestreut.

Die Dopplerverschiebung wird in eine relative Geschwindigkeit umgerechnet, aus der unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit zwischen Satellit und Erde und anderer Faktoren die atmosphärische Windgeschwindigkeit abgeleitet wird.

Das Lidar von Aeolus hat eine gute vertikale Auflösung, kann aber höchstens dünne Schleierwolken durchdringen. Der Großteil der Windbeobachtungen wird also in wolkenlosen Regionen zur Verfügung stehen. Daten sind aber auch innerhalb von optisch dünnen Wolken (wie Cirrus), in Aerosolschichten sowie am oberen Rand dickerer Wolken zu erwarten. Der Satellit wird Winddaten von der Erdoberfläche bis in etwa 30 km Höhe liefern.

Das Europäische Zentrum für Mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) war seit der Entwurfsphase bis zur Inbetriebnahme eng in die Mission eingebunden. Dies liegt daran, dass globale Winddaten sehr wichtig für die Wettervorhersage sind. Es wird erwartet, dass die Daten von Aeolus die Wettervorhersagen deutlich verbessern können, da die Anfangsbedingungen der Atmosphäre nun besser erfasst werden.

Die aktiv erfassten Lidar-Winddaten von Aeolus werden eine bedeutende Lücke in den globalen Windbeobachtungen der Atmosphäre füllen, insbesondere in der oberen Troposphäre, der unteren Stratosphäre, in den Tropen und über den Ozeanen, wo Winddaten derzeit fehlen. Einen Nachteil haben die Daten von Aeolus allerdings. Das System kann nicht den ganzen zweidimensionalen Windvektor erfassen, sondern nur eine Komponente des Windvektors entlang der Sichtlinie. Mit Hilfe spezieller Verfahren kann aber aus der Variation der Daten der Windvektor bestimmt werden.

Zusätzlich können die neuartigen Windinformationen helfen, systematische Fehler im Vorhersagemodell zu identifizieren, was zu Modellverbesserungen führen kann. Das ECMWF erhält direkt die Daten des Satelliten und berechnet daraus die Windprofile. Diese Daten werden dann auch anderen Wetterdiensten für ihre Vorhersagemodelle zur Verfügung gestellt.


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