Polarumlaufende Satelliten der neuen Generation

20. Mai 2020, 8 Kommentare

Die zweite Generation der europäischen polarumlaufenden Wettersatelliten befindet sich in der Entwicklung. Ab der zweiten Hälfte des Jahres 2022 werden die derzeitigen Satelliten der ersten Generation ersetzt. Meteorologen, Klimatologen und ganz allgemein all jene, die Satellitendaten und -bilder verwenden oder konsultieren, warten gespannt auf den Start der neuen Satelliten. Das Ziel ist, anhand der neuen Daten und Bilder noch zuverlässigere, „massgeschneiderte" Vorhersagen und Dienste für die Nutzer zu entwickeln.

Künstlerische Darstellung der zukünftigen europäischen polarumlaufenden Satelliten, Quelle: EUMETSAT
Künstlerische Darstellung der zukünftigen europäischen polarumlaufenden Satelliten, Quelle: EUMETSAT

Sicht von Pol zu Pol

Polarumlaufende Wettersatelliten sind eine ergänzende Familie von Satelliten zu geostationären Satelliten. Sie folgen einer Umlaufbahn, die sie dazu bringt, auch die Polarregionen zu überfliegen (daher der Name), die sonst von geostationären Satelliten stark „verzerrt" beobachtet werden würden. Die Gesetze der Physik verlangen, dass polarumlaufende Satelliten in einer viel geringeren Höhe als geostationäre Satelliten kreisen, d.h. etwa 500 - 1000 km über der Erdoberfläche. Die Dauer einer kompletten Umlaufbahn beträgt ca. 100 Min. Ein polarumlaufender Satellit führt also ca. 14 Umlaufbahnen pro Tag aus und überfliegt, unter Berücksichtigung der gleichzeitigen Rotation der Erde um sich selbst - ständig verschiedene Regionen. Ein polarumlaufender Satellit überfliegt mehrmals täglich die Polarregionen, während er die Äquatorialregionen nur ein- oder zweimal überfliegt. Bei einigen polarumlaufenden Satelliten werden die Umlaufbahnparameter so gewählt, dass der polarumlaufende Satellit Tag für Tag zur gleichen Zeit die gleiche Region überfliegt. EUMETSAT betreibt derzeit vier polarumlaufende Wettersatelliten: Die beiden Satelliten MetOp B und C zur Überwachung der Atmosphäre und die Satelliten Jason-3 und Sentinel-3 zur Überwachung der Ozeane. Weitere polarumlaufende Satelliten werden von den USA, China und Indien betrieben.

Vergrösserte Ansicht: Abb. 1: Häufigkeit von täglichen Durchläufen eines polarumlaufenden Wettersatelliten über einer bestimmten Erdregion (Quelle: EUMETSAT).
Abb. 1: Häufigkeit von täglichen Durchläufen eines polarumlaufenden Wettersatelliten über einer bestimmten Erdregion (Quelle: EUMETSAT).

Aus der Nähe kann man genauer sehen

Die Ergänzung zwischen polarumlaufenden und geostationären Satelliten, beschränkt sich nicht auf den Aspekt der Abdeckung des Weltraums. Da polarumlaufende Satelliten viel näher an der Erdoberfläche kreisen als geostationäre Satelliten, haben sie eine höhere räumliche Auflösung: Für einige Instrumente können sie eine Auflösung von bis zu 500 m erreichen, im Vergleich zu den 3 - 5 km der geostationären Satelliten. Darüber hinaus sind im Gegensatz zu den „passiven" Instrumenten der heutigen europäischen geostationären Satelliten auf den polarumlaufenden Satelliten aktive Instrumente installiert, d.h. Instrumente, die in der Lage sind, die elektromagnetischen Wellen selbst auszusenden, mit denen die Atmosphäre in ihren drei Dimensionen erforscht wird. Auf diese Weise liefern polarumlaufende Satelliten detaillierte Informationen über das vertikale Profil von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit oder über Windrichtungs- und Windgeschwindigkeitswerte. All diese Informationen sind für Meteorologen von unschätzbarem Wert, da sie sich auf die gesamte Dicke der Atmosphäre beziehen (und nicht nur auf Bodenwerte, wie sie von den Messstationen geliefert werden). Darüber hinaus ermöglichen die Satelliten die Erhebung von meteorologischen Daten auch in den Weiten des Ozeans, von wo wir sonst nur spärliche Informationen erhalten, die uns ein Schiff oder eine Boje liefert. Es sind vor allem die numerischen Wettervorhersagemodelle, die sich diese Daten zunutze machen und sie vollständig aufnehmen. Ohne Wettersatelliten wäre die Zuverlässigkeit der numerischen Vorhersagen wesentlich geringer.

Vergrösserte Ansicht: Abb. 2: Polarumlaufende Satelliten liefern grundlegende Informationen für numerische Wettervorhersagemodelle. Die beiden Bilder zeigen die Vorhersage des Hurrikans Irma (2017), die unter Berücksichtigung von Satellitendaten (obere Zeile) oder ohne Berücksichtigung dieser Daten (untere Zeile) erstellt wurde. Ohne Satellitendaten hätten die numerischen Modelle die Entwicklung des Hurrikans nicht korrekt vorhersagen können (Quelle: EUMETSAT/ECMWF).
Abb. 2: Polarumlaufende Satelliten liefern grundlegende Informationen für numerische Wettervorhersagemodelle. Die beiden Bilder zeigen die Vorhersage des Hurrikans Irma (2017), die unter Berücksichtigung von Satellitendaten (obere Zeile) oder ohne Berücksichtigung dieser Daten (untere Zeile) erstellt wurde. Ohne Satellitendaten hätten die numerischen Modelle die Entwicklung des Hurrikans nicht korrekt vorhersagen können (Quelle: EUMETSAT/ECMWF).

Die zweite Generation der europäischen polarumlaufenden Satelliten steht kurz vor der Einführung

Die derzeitigen europäischen polarumlaufenden Satelliten sind seit 2006 in der Umlaufbahn und nähern sich dem Ende ihrer Betriebszeit. Die zweite Generation ist bereits im Bau und wird voraussichtlich ab 2022 in Betrieb gehen. Im Gegensatz zu den derzeitigen Polarsatelliten, die im Grunde alle gleich gebaut sind, werden die neuen polarumlaufenden Satelliten aus zwei verschiedenen Modellen bestehen, die „nahe beieinander" auf ähnlichen Umlaufbahnen wie die derzeitigen kreisen werden. Zusätzlich zu den typischen Instrumenten für polarumlaufende Satelliten werden die neuen Satelliten mit einigen innovativen und ergänzenden Werkzeugen ausgestattet, die noch nie zuvor in die Umlaufbahn gebracht wurden und speziell für die Überwachung von Niederschlag, Aerosolkonzentrationen und Wolken mit hohem Eisanteil entwickelt wurden. Nicht zu vergessen ist ein Instrument zur Messung von umweltschädlichen Gasen zur Verbesserung der Vorhersage der Luftqualität. Das gesamte Programm sieht vor, dass einige Jahre später drei Satellitenpaare in die Umlaufbahn gebracht werden, um den Betrieb bis etwa 2040 zu gewährleisten. Die europäischen Satelliten der zweiten Generation sind international mit den amerikanischen und chinesischen polarumlaufenden Satelliten koordiniert, um eine homogene und nahtlose Abdeckung der Erdatmosphäre zu gewährleisten.

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Kommentare (8)

  1. Andreas Köhler, 23.05.2020, 18:34

    "Ein polarumlaufender Satellit überfliegt mehrmals täglich die Polarregionen, während er die Äquatorialregionen nur ein- oder zweimal überfliegt."

    Das kann man sich eigentlich nicht vorstellen. Zwischen den Polarregionen befinden sich die Äquatorialregionen, und die müssen doch genau so häufig überflogen werden wie die Pole. Und nur über einem Pol fliegt kein Satellit.

    Freundliche Grüsse

    Andreas Köhler

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    1. Gerhard Kögl, 25.05.2020, 13:26

      Sie haben absolut recht, es ist nicht logisch so wie der Satz geschrieben ist.
      Korrekterweise müsste es heissen:
      Ein polarumlaufender Satellit überfliegt mehrmals täglich die Polarregionen, während er die selben Äquatorialregionen nur ein- oder zweimal überfliegt

    2. Marc Bless, 25.05.2020, 15:49

      Es sind die Regionen gemeint nicht der Äquator selber. Heisst: 1 - 2 mal z.B. Afrika.

      Freundliche Grüsse

      Marc Bless

    3. A. Osborn, 25.05.2020, 16:26

      Ich folge Ihrem Argument Herr Köhler, sehe aber aus Abbildung 1, dass der Äquator tatsächlich weniger oft überquert wird! Ich verstehe es auch nicht, vielleicht kann uns ein Kenner der Materie weiterhelfen.

  2. Jürg Fink, 21.05.2020, 06:16

    Interessant und spannend.
    Und was geschieht mit den ausgedienten Satelliten?

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    1. Thomas Baumann, 22.05.2020, 10:28

      Die werden verkauft auf Ricardo und Ebay.
      Nur Selbstabholung, kein Versand :)

    2. Uli, 22.05.2020, 11:58

      Werden verkauft. An Selbstabholer ;-)

    3. MeteoSchweiz, 22.05.2020, 15:53

      Guten Tag Herr Fink

      Sobald ein Satellit "in den Jahre" kommt, wird er durch einen neuen ersetzt und dient dann für einige Jahre als Back-Up. Ausgediente polarumlaufende Satelliten werden dann gebremst und stürzen kontrolliert zurück zur Erde. Mit der Reibung in der Atmosphäre verbrennen sie und schlussendlich fallen nur kleine Teile bis zum Boden. Ausgediente geostationäre Satelliten werden hingegen auf eine spezielle Umlaufbahn um die Erde gebracht, eine Art "Satellitenfriedhof". Aus dieser Umlaufbahn sollen sie nicht mehr herauskommen. Die EUMETSAT achtet sehr darauf, dass keine Trümmer oder Bruchstücke im Weltall entstehen oder verbleiben. Solche könnten sonst für andere Satelliten sehr gefährlich sein.

      Freundliche Grüsse
      MeteoSchweiz