Wettersatellit: Vorhersage von Wind, Frost, Regen und Schnee

Unter den verschiedenen Satellitentypen gibt es einige, die wir täglich nutzen, und Wettersatelliten sind einer davon. Mittlerweile haben sich die Menschen daran gewöhnt, mit Wettervorhersagen zu leben. Ohne Wettersatelliten wäre unser tägliches Leben mit großen Schwierigkeiten konfrontiert.

Theoretisch ist ein Wettersatellit ein Erdbeobachtungssatellit, sein Hauptbeobachtungsobjekt ist jedoch nicht der Boden, sondern die dünne Atmosphäre. Die wichtigsten Wetteraktivitäten, denen der Mensch ausgesetzt ist, darunter Wind, Frost, Regen und Schnee, finden alle in der Atmosphäre statt. Durch die Beobachtung von Änderungen von Parametern wie der Temperatur in der Atmosphäre und dem Wassergehalt in den Wolken können wir die atmosphärischen Aktivitäten umfassend verstehen. Wir können nicht nur kurzfristige Wettervorhersagen erstellen, sondern auch die Bewegungsmuster der gesamten Erdatmosphäre zusammenfassen und so eine wichtige Grundlage für mittel- und langfristige Wettervorhersagen sowie die globale Klimaforschung schaffen.

Wettersatellit ABC

Im Einzelnen sind Wettersatelliten hauptsächlich für die folgenden Aufgaben zuständig: Aufnehmen von Satellitenbildern der Wolken, Untersuchung der Parameter im Inneren der Wolken, Ermitteln der Oberflächenbeschaffenheit von Land und Meer, Ermitteln des Wassergehalts und der Niederschlagsdaten in der Atmosphäre, Ermitteln des Ozongehalts und der Ozonverteilung in der Atmosphäre, Ermitteln der Auswirkungen der Sonnenstrahlung auf die Erde und der Infrarotstrahlung der Erde auf das Universum sowie Ermitteln der Weltraumumgebung.

Wenn man Wettersatelliten anhand ihrer Umlaufbahnen unterscheidet, gibt es im Allgemeinen zwei Typen: polarumlaufende Wettersatelliten und geostationär umlaufende Wettersatelliten. Geostationäre Satelliten werden natürlich in geostationären Umlaufbahnen eingesetzt. Ihr Hauptvorteil besteht darin, dass sie etwa ein Drittel der Erdoberfläche kontinuierlich mit hoher zeitlicher Auflösung, aber relativ schlechter räumlicher Auflösung beobachten können. Der andere ist der polarumlaufende Wettersatellit, der in einer sonnensynchronen Umlaufbahn operiert, das heißt, die Bahnneigung beträgt zwischen 97 und 98 Grad und die Höhe liegt im Allgemeinen zwischen 700 und 800 Kilometern. Die räumliche Auflösung dieses Satellitentyps ist relativ hoch, die zeitliche Auflösung jedoch etwas geringer. Es kann mehrere Tage dauern, bis derselbe Bereich erneut beobachtet werden kann. Daher werden diese beiden Satellitentypen bei internationalen Wettervorhersagen zusammenarbeiten.

Es gibt viele Arten von Nutzlasten auf Wettersatelliten, aber sie können grob in zwei Typen unterteilt werden: bildgebende Fernsensoren und Atmosphärensonden. Es gibt drei Hauptformen bildgebender Fernerkundungssensoren: Scanning-Radiometer, bildgebende Spektrometer mit mittlerer Auflösung und Mikrowellen-Bildgeber. Zu den atmosphärischen Detektoren zählen hauptsächlich Infrarotspektrometer, Mikrowellenthermometer und Mikrowellenhygrometer. Die Satellitenbilder der Wolken, die wir häufig in Wettervorhersagen sehen, werden hauptsächlich von Scanning-Radiometern aufgenommen.

Im Zuge der Anwendung von Navigationssatelliten hat man noch eine weitere interessante Sache entdeckt: Die Übertragung von Navigationssatellitensignalen in der Atmosphäre steht auch in direktem Zusammenhang mit dem Zustand der Atmosphäre, beispielsweise mit dem Wassergehalt der Atmosphäre. Durch die Erkennung von Änderungen in Navigationssignalen können die atmosphärischen Bedingungen in der Umgebung wahrgenommen werden. Daher ist ein neuer Typ von Wettersatelliten entstanden, der Konstellationen in niedrigen Umlaufbahnen nutzt, um Änderungen in globalen GPS-Signalen oder Beidou-Navigationssatellitensignalen zu überwachen und so genaue Wettervorhersagedaten zu erstellen.

Der Aufstieg der chinesischen Wettersatelliten

Im Bereich der Wettersatelliten hat China einen rasanten Aufstieg erlebt. Vor den 1980er Jahren war China auf dem Gebiet der Wettersatelliten ein unbeschriebenes Blatt. Seit Mitte der 1980er Jahre investiert China aktiv in die Entwicklung von Wettersatelliten. Am 7. September 1988 startete China seinen ersten Wettersatelliten, den Wettersatelliten Fengyun-1 mit sonnensynchroner Umlaufbahn. Insgesamt wurden zwei Fengyun-1-Satelliten der ersten Generation gestartet. Da China damals jedoch noch nicht über ausreichende Erfahrung mit Wettersatelliten verfügte, verloren die beiden Satelliten schon nach kurzer Betriebszeit ihre Funktionalität.

Das erste Farbkompositbild von Fengyun-1A am 7. September 1988

Während der Entwicklung des geostationären Wettersatelliten Fengyun-2 ereignete sich vor dem Start des ersten Satelliten ein Unfall, bei dem der Satellit beschädigt wurde. Aber wie das Sprichwort sagt: Ohne Wind und Regen gibt es keinen Regenbogen. Nach mehr als 20 Jahren harter Arbeit hat Chinas Wettersatellitenindustrie große Fortschritte gemacht. Heute werden die Hauptbeobachtungsaufgaben im Weltraum von der neuen Generation der Wettersatelliten Fengyun-3 und Fengyun-4 übernommen. Bis Juli 2022 wird China insgesamt sieben Wettersatelliten in der Umlaufbahn haben, darunter vier Satelliten in geostationärer Umlaufbahn und drei Satelliten in sonnensynchroner Umlaufbahn. Fengyun-3E operiert außerdem in einer ganz besonderen Umlaufbahn, nämlich der Morgen- und Abenddämmerungs-Umlaufbahn. Er fliegt entlang der Terminatorlinie der Erde, überfliegt jedes Mal etwa um 6 Uhr morgens Ortszeit dieselbe Stelle und erreicht die andere Seite der Erde bei Einbruch der Dunkelheit. Fengyun-3E ist der weltweit erste Satellit mit Morgen- und Abendumlaufbahn. Dieser Satellit arbeitet in einem Netzwerk mit Fengyun-3C und Fengyun-3D, wodurch China das einzige Land der Welt ist, das in der Lage ist, Wettersatelliten gleichzeitig in drei Umlaufbahnen zu vernetzen und zu beobachten: morgens, nachmittags sowie in der Morgen- und Abenddämmerung.

Laut der Nationalen Wetterbehörde haben die Wettersatelliten der Fengyun-Serie meines Landes derzeit das Niveau ähnlicher internationaler Satelliten erreicht. Sie wurden von der Weltorganisation für Meteorologie in die Liste der internationalen Wettersatelliten aufgenommen und sind zu einem wichtigen Mitglied des globalen integrierten Erdbeobachtungssystems geworden. Sie sind zudem Dienstsatelliten des Mechanismus der Internationalen Katastrophencharta und versorgen über 80 Länder und Regionen weltweit sowie über 2.500 Nutzer in China mit Satellitendaten und -produkten. Die Wettersatelliten der Fengyun-Serie meines Landes liefern sich ein Dreikampf mit den US-amerikanischen (japanischen) und den europäischen Wettersatelliten. Die Wettervorhersage in der östlichen Hemisphäre basiert hauptsächlich auf den relevanten Daten der Wettersatelliten meines Landes.

Im Jahr 2018 ergriff die Internationale Organisation für Meteorologische Satelliten die Initiative und forderte die chinesische Abteilung für Satellitenwetterforschung auf, den Satelliten Fengyun-2H auf den 79. Längengrad über dem Indischen Ozean zu verlegen, um die Lücke bei der Satellitenbeobachtung des Indischen Ozeans und des afrikanischen Kontinents zu schließen. Derzeit ist Fengyun-2H dort noch im Einsatz.

China hat außerdem einen Satelliten entwickelt, der Signale von Navigationssatelliten zur Wettererkennung nutzt, nämlich den Satelliten Fengfeng-1A/B. Dieser Satellitentyp kann von der Meeresoberfläche reflektierte Signale von Navigationssatelliten empfangen. Meereswellen werden hauptsächlich durch die Meeresbrise verursacht. Veränderungen der Meereswellen führen zwangsläufig zu Veränderungen der reflektierten Navigationssignale. Durch die Inversion können wir dann spezifische Daten zur Seebrise erhalten, einschließlich Windstärke und -richtung. Wenn eine Vernetzung mehrerer Satelliten erreicht werden kann, können genaue Vorhersagen für extreme Taifunwetterereignisse erstellt werden.

Andere Anwendungen von Wettersatelliten

Wettersatelliten können nicht nur das Wetter beobachten, sondern auch zur Durchführung ungeplanter Aufgaben eingesetzt werden. In den späten 1990er Jahren nutzte Chinas Fernerkundungsbehörde Daten meteorologischer Satelliten, um die Schneeverhältnisse auf der ganzen Welt zu beobachten – und erzielte dabei gute Ergebnisse.

Schematische Darstellung des Satelliten Fengyun-4

Eine weitere sehr wichtige Innovation in Chinas meteorologischen Satellitenanwendungen ist die Schätzung des Ernteertrags. Wettersatelliten können nicht nur meteorologische Bedingungen beobachten, sondern auch das Wachstum der Bodenvegetation über ein großes Gebiet hinweg beobachten. Durch die Integration von Informationen aus verschiedenen Disziplinen wie Landwirtschaft, Meteorologie, Hydrologie und Geologie lässt sich vorhersagen, wie viel Getreide oder Marktfrüchte ein bestimmtes landwirtschaftliches Gebiet in diesem Jahr produzieren kann. Dies bietet den zuständigen nationalen Behörden und großen landwirtschaftlichen Unternehmen eine Entscheidungsgrundlage. Diese Arbeit begann im frühen 21. Jahrhundert und wurde in China umfassend durchgeführt, wobei bedeutende Erfolge erzielt wurden. Heute ist der Einsatz von Wettersatelliten zur Schätzung der Ernteerträge für landwirtschaftliche Verwaltungen eine alltägliche Aufgabe und spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Sicherung der Nahrungsmittel- und Gemüseversorgung der chinesischen Bevölkerung. (Autor: Chi Huo)