NOAA - von den Roh-daten zum Satellitenbild - Deutsches ...
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www.DLR.de/dlrschoollab NOAA – von den Roh- daten zum Satellitenbild Die moderne Klimaforschung und Wettervorhersage sind ohne Satelliten undenkbar. Aber welche Informationen liefern sie uns eigentlich? Am Beispiel von NOAA-Satelliten wird das im DLR_School_Lab erklärt. Wie wird morgen das Wetter? Diese Frage ist fast so alt wie die Mensch heit. Wer kennt nicht den Spruch: Es gibt kein schlechtes Wetter, sondern nur schlechte Kleidung. Um aber passend gekleidet zu sein, bedarf es einer möglichst exakten Wettervorhersage. Doch es geht beim Thema Wetter nicht nur um T-Shirt oder Regenjacke, sondern auch um Menschen in vielen Berufsgruppen, die auf die richtige Prognose angewiesen sind. Seit Beginn von Ackerbau und Viehzucht nahm die Bedeutung der Wettervorhersage stetig zu. Aber nicht nur für die Landwirtschaft ist sie wichtig. Auch Piloten im Cockpit und Kapitäne von Schiffen benötigen präzise Angaben zum Wettergeschehen. Bei Unwetterwarnungen geht es gar um Menschenleben, die gerettet werden können. Wie kann das Wetter nun aber mit hoher Ge nauigkeit vorhergesagt werden? Es sind so viele Faktoren, die das Wetter geschehen bestimmen. Deshalb verwendet die moderne Meteorologie neben einem flächendeckenden Netz an Bodenmessstationen auch Satelliten. Mit dieser Hilfe aus dem All wurde in den letzten Jahrzehnten die Vorhersage genauigkeit enorm gesteigert und das auch für längere Zeiträume von mehreren Tagen.
NOAA – von den Rohdaten zum Satellitenbild
NOAA Umlaufbahn zur Gruppe der polarumlau
fenden Satelliten. Aufgrund der Flughöhe
Die National Oceanic and Atmospheric beträgt ihre Umlaufdauer ca. 100 min.
Administration ist eine Behörde für Die polare Umlaufbahn ermöglicht es,
Wetterbeobachtung, -vorhersage und die gesamte Erdoberfläche abzutasten.
Ozeanografie in den USA. Sie wurde Dies erfolgt in bestimmten Zeitintervallen.
bereits 1970 mit dem Ziel gegründet, die Dadurch ist es schwierig, einen Wetter-
amerikanischen Wetter- und Atmosphären film für eine bestimmte Region zu erstel-
dienste zu koordinieren. Die Behörde
besteht aus fünf Unterorganisationen:
- National Weather Service
- National Ocean Service
- National Marine Fisheries Service
- National Environmental Satellite,
Data and Information Service
- NOAA Research.
Die Satelliten der NOAA-Serie sind frei
NOAA-Logo (© NOAA) empfangbar. Jeder Interessent kann
bereits mit geringem technischen Auf-
wand die gesendeten Daten aufnehmen.
Die Nutzung des Datenmaterials ist zu
Lehr- und Forschungszwecken uneinge
schränkt möglich. Die prozessierten Bilder
können mit entsprechendem Vermerk
sogar im Internet veröffentlicht werden,
solange keine kommerzielle Nutzung
erfolgt.
© NASA/KSC
Die NOAA-Satelliten
Die NOAA-Satelliten gehören zur Reihe
der „Television and InfraRed Observation Delta-2-Rakete als Transporter der NOAA-
Satellites“. Erste Satelliten dieser Bauart Satelliten
wurden bereits 1960 in eine Erdumlauf-
bahn gebracht. NOAA-1 gelangte am 11. len. Die gewählte Bahn gestattet es je-
Dezember 1970 in den Orbit und war doch, jede beliebige Region der Erde in
der Chronologie zufolge ein Television die Beobachtung und Wettervorhersage
and InfraRed Observation Satellite der einzubeziehen. Ergänzend zu den polar-
dritten Generation. In den darauffolgen umlaufenden Satelliten werden für die
den Jahren wurden insgesamt 19 NOAA- Beobachtung der Erde und des Wetter-
Satelliten im Orbit positioniert. Der letzte geschehens geostationäre Satelliten (ca.
Start eines solchen Satelliten erfolgte 36.000 km von der Erde entfernt) einge
am 6. Februar 2009. Heute sind nicht setzt. Sie können zwar nicht alle Bereiche
mehr alle der bisher gestarteten NOAA- der Erdoberfläche senkrecht abtasten, sind
Satelliten aktiv. Neben Aufnahmegeräten aber in der Lage, alle 5 bis 10 min. ein neu-
für den infraroten und sichtbaren Spektral es Bild derselben Region zu übertragen.
bereich sind verschiedene NOAA-Satelliten
mit weiteren Messsensoren ausgerüstet. Informationsgewinnung
Dazu gehören beispielsweise Radiometer
zur Untersuchung des Wärmehaushalts NOAA-Satelliten übermitteln digitale oder
der Erde oder Geräte zur Bestimmung von analoge Bilder. Bei jedem Überflug wird
Temperatur- und Feuchtigkeitsprofilen in ein mehrere hundert Kilometer breiter
der Troposphäre. Streifen abgetastet. Bei digitaler Daten
übertragung werden alle gewonnenen
Die NOAA-Satelliten befinden sich in Messdaten im S-Band (Frequenzen zwi
einer Flughöhe von etwa 800 km über schen 2 und 4 GHz) übertragen. Die
der Erdoberfläche und zählen damit zu Bodenauflösung digitaler Bilder beträgt
den Flugobjekten mit einem sog. Low 1,1 km pro Pixel. Bei analogen Bildern
Earth Orbit. Sie gehören bezüglich der liegt sie bei 4 km pro Pixel. Die analoge
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Übertragung findet im 137-MHz-Bereich 15-minütigen Empfang schließt sich das
über zwei Datenkanäle statt. Tagsüber Prozessieren der Bilder an. Dazu wird
liefern sie Informationen, die im sichtba das Rohbild nach verschiedenen Kriterien
ren und im infraroten (IR) Bereich gesam am PC bearbeitet und ausgewertet.
melt wurden. In der Nacht übertragen Die Schüler können z. B. ein 3D-Bild er
beide Kanäle IR-Informationen. Die Auf zeugen, die Temperaturen von Gewässern
nahmen in den unterschiedlichen Spektral- und Wolken bestimmen, die Nieder
bereichen ermöglichen Analysen der schlagswahrscheinlichkeiten für ausge
Atmosphäre, der Erdoberfläche, der wählte Regionen ermitteln. Die gewon
Wolken und der Vegetation. Mit den nenen Ergebnisse werden anschließend
emfangenen „Rohdaten” sind beispiels mit den entsprechenden Werten aus
weise folgende Auswertungen möglich: anderen Informationsquellen verglichen
- Multispectral analysis und auf ihre Zuverlässigkeit geprüft.
© DLR
- Map Colour IR Diese sog. Validierung von Satelliten
- Multispectral analysis anaglyph false 3D daten ist auch ein Schwerpunkt in der
- Daylight sea surface temp. NOAA-Satellitenbild, am 16. Dezember 2010 Arbeit am DLR-Standort Neustrelitz.
Die dadurch erhaltenen sog. prozessier im DLR_School_Lab Neustrelitz empfangen Dazu wird zusammen mit Kooperations-
ten Bilddarstellungen entstehen durch
Überlagerung einzelner Datenkanäle den jeweiligen Informationsgehalt in Ab-
und Anwendung mathematischer Ver hängigkeit vom Spektralbereich. Aus den
arbeitungsalgorithmen in der jeweils Ergebnissen dieser Experimente wird die
verwendeten Software. Bedeutung der verschiedenen Spektral-
bereiche für die Wettervorhersage und
© DLR
Die Experimente Fernerkundung der Erde abgeleitet.
Nach dem Kennenlernen der Komponenten
Einen Wetterfilm zu erstellen, wie wir der Empfangsanlage im DLR_School_Lab Computerdarstellung zur Planung und
ihn aus dem Fernsehen kennen, ist span- Neustrelitz erfolgt die Planung des NOAA- Verfolgung eines Satellitenempfangs im
nend, faszinierend und zugleich lehrreich. Empfangs. Mittels einer speziellen Software DLR_School_Lab
Beim selbstständigen Ausprobieren er analysieren die Schüler den bevorstehenden
leben die Schüler direkt, wie komplex Satellitenüberflug. Im Mittelpunkt stehen partnern ein 300 km2 großes Testfeld in
die Arbeiten bis zum fertigen Video sind. Empfangszeiten und -bereiche, Überflug Mecklenburg-Vorpommern betrieben
Sowohl Kenntnisse über das Licht als dauer sowie die Flugbahnen der NOAA- und die dort vor Ort ermittelten Daten
elektromagnetische Welle sowie über Satelliten. Mittels eines für Schüler leicht mit denen aus der Fernerkundung abge
die Art und Weise des Empfangs und selbst nachzubauenden Modells wird das glichen.
des Managements von Satellitendaten Verständnis über die Vorteile der
als auch Fertigkeiten im sicheren Umgang Anwendung von sog. Polarkoordinaten Besonders mathematisch interessierte
mit der Software zur Auswertung und zur Orientierung im Raum zusätzlich Schüler können zusätzlich über die An
Bearbeitung bilden die Grundlagen dafür. wendung trigonometrischer Zusam
menhänge die Flughöhe des Satelliten
Nach der Einführung in die Spezifik der berechnen. Durch Vergleich mit dem aus
NOAA-Satelliten erstellt eine Schüler- der Einführungsphase bekannten Höhen
gruppe aus den im Schülerlabor aufge- wert ist so eine Einschätzung der Qualität
nommenen Bildern einen eigenen Wet- des angewendeten Verfahrens möglich.
terfilm. Parallel dazu baut die zweite
Gruppe ein Handspektroskop zur Unter-
© DLR
suchung verschiedener Lichtquellen. Bei
der Anwendung des Geräts können die
Unterschiede zwischen dem Tageslicht mit Auswertung einer Aufnahme im infraroten
seinem kontinuierlichen Farbspektrum und Bereich im DLR_School_Lab
dem Licht einer Energiesparlampe ein
drucksvoll nachgewiesen werden. Die unterstützt. Beginnend mit der automati
Schüler erfahren, warum neben dem sicht schen Kontaktaufnahme zum Satelliten
baren auch das Licht anderer, für uns nicht verfolgen die Schüler Überflug und
sichtbarer Spektralbereiche Untersuchungs Datenempfang live mit. Dabei ertönt
gegenstand ist. Eine Versuchsanordnung, pünktlich zur vorausberechneten Startzeit
mittels derer ein Satellitensensor nachemp im Empfänger das Signal des Satelliten.
funden wird, ermöglicht fotografische Dann baut sich das Rohbild auf dem
Aufnahmen im sichtbaren und infraroten Beobachtungsmonitor auf. Zeitgleich
Bereich. An den z. B. von einer Pflanze kann die Veränderung der Satellitenpo
erhaltenen Bildern, vergleichen die Schüler sition mitverfolgt werden. An den ca.
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Glossar Das DLR im Überblick
AVHRR - Advanced Very High Das DLR ist das nationale Forschungs
Resolution Radiometer: zentrum der Bundesrepublik Deutsch
Hierbei handelt es sich um ein land für Luft- und Raumfahrt. Seine
hochauflösendes Messgerät für die umfangreichen Forschungs- und
Strahlungsstärke von Licht in ausgewähl Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt,
ten Spektralbereichen im sichtbaren und Raumfahrt, Energie, Verkehr und
infraroten Bereich. Sicherheit sind in nationale und inter
nationale Kooperationen eingebunden.
HRPT - High Resolution Picture Über die eigene Forschung hinaus ist
Transmission: das DLR als Raumfahrt-Agentur im
Die Datenübertragung HRPT wird im Auftrag der Bundesregierung für die
digitalen Übertragungsmodus der NOAA- Planung und Umsetzung der deutschen
Satelliten verwendet; dabei werden die Raumfahrtaktivitäten zuständig. Zudem
Messdaten aller verfügbaren Kanäle fungiert das DLR als Dachorganisation
übertragen. für den national größten Projektträger.
LEO - Low Earth Orbit: In den 16 Standorten Köln (Sitz des
Die Umlaufbahnen dieser Satelliten liegen Vorstands), Augsburg, Berlin, Bonn,
zwischen 200 km und 1.200 km Höhe. Braunschweig, Bremen, Göttingen,
Hamburg, Jülich, Lampoldshausen,
MSA - Multi Spectral Analysis: Neustrelitz, Oberpfaffenhofen, Stade,
Die Messdaten zweier Kanäle werden Stuttgart, Trauen und Weilheim beschäf
zur Darstellung von Wolken, Land und tigt das DLR circa 7.000 Mitarbeiterinnen
Wasser aufbereitet. und Mitarbeiter. Das DLR unterhält Büros
in Brüssel, Paris und Washington D.C.
MCIR - Map Colour IR:
Die Messdaten eines Infrarotkanals wer
den derart aufbereitet, dass unter ande
Das DLR Neustrelitz
rem die Wolkenhöhe in unterschiedlichen
Abstufungen von weiß bis grau darge Der DLR-Standort Neustrelitz liegt etwa
stellt werden kann. 100 Kilometer nördlich von Berlin im
Bundesland Mecklenburg-Vorpommern.
Daylight sea surface temp: Hier arbeiten über 70 Wissenschaftler,
Die Messdaten eines Kanals wer Ingenieure und Angestellte.
den zur Falschfarbendarstellung der
Wassertemperatur aufbereitet. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten
DLR_School_Lab_Neustrelitz_von den Rohdaten zum Satellitenbild_D-08/12
am Standort sind den Themenbereichen
Multispectral analysis anaglyph satellitengestützte Erdbeobachtung,
false 3D: Navigation und Ionosphärenerkundung
Bei dieser Darstellungsart wird ein zugeordnet und gliedern sich in verschie
3D-Bild zur Betrachtung mit Rot-Blau- dene Forschungsprogramme ein.
Brillen erzeugt.
Bodenauflösung:
Die Bodenauflösung gibt die kleinste
Entfernung zweier Originalobjekte auf
der Erdoberfläche an, sodass jedes dieser
Objekte im Satellitenbild gerade noch
zu erkennen ist. Je feiner die Bodenauf- DLR_School_Lab Neustrelitz
Kalkhorstweg 53
lösung ist, desto schärfer sind die Bilder. 17235 Neustrelitz
Bildprozessierung: Leitung: Dr. Albrecht Weidermann
Die empfangenen Sensordaten eines Telefon: 03981 237 862
Satelliten werden am Computer in ein oder 03981 480 220
Telefax: 03981 237 783
Satellitenbild umgewandelt. E-Mail: schoollab-neustrelitz@dlr.de
www.DLR.de/dlrschoollabSie können auch lesen
