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Wetterbeobachtung aus dem All – Neue Satelliten für Europa

6. Mai 2022, 6 Kommentare

Ende 2022 erreicht ein spektakuläres Projekt, das so nicht alle Jahre vorkommt, seinen Höhepunkt: eine neue, dritte Generation geostationärer Wettersatelliten startet ins All. Dabei kommt der Schweiz eine ganz besondere Rolle zu. Die Europäische Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) hat Leuk im Wallis als einen zentralen Standort für die Installation einer Bodenempfangsstation ausgewählt. Am 6. Mai eröffnete Bundesrat Alain Berset die neue Anlage, die mit drei 6,5 Meter hohen Antennen meteorologische Daten aus dem Orbit empfangen wird. Heute wollen wir uns das Projekt rund um die sogenannten MTG-Satelliten und ihren Mehrwert für die Wetter- und Klimaforschung genauer anschauen. MeteoSchweiz hat Alexander Schmid, MTG Programm Manager bei EUMETSAT, zum Interview getroffen.

Alexander Schmid, MTG Programm Manager bei EUMETSAT.
Alexander Schmid, MTG Programm Manager bei EUMETSAT. Bild: EUMETSAT.

MeteoSchweiz: Mit dem Start des ersten Satelliten Ende dieses Jahrs können wir auf ein umfangreiches und spannendes Projekt zurückblicken. Wie lange hat die Entwicklung des Programms mit insgesamt sechs Satelliten bisher gedauert?

Schmid: Angefangen mit dem Projekt haben wir schon Mitte der 2000er. Es gingen viele Jahre ins Land für einen sogenannten «User Consultation» Prozess. Hier haben wir Meteorolog/-innen gefragt, welche Instrumente und Messungen gebraucht werden und mit welchen Daten sie arbeiten. Auf dieser Grundlage wurde das Programm zur Entwicklung der Satelliten im Jahr 2010 losgetreten. Sie müssen sich vorstellen, dass es sich um eine komplette Neuentwicklung handelte – von den Instrumenten bis zur gesamten Architektur und Design der Satelliten. Aufgrund des Zeitplans wurden die einzelnen Komponenten schon sehr viel früher gebaut, bevor sie zusammengesetzt wurden.

Das heisst es laufen viele Schritte parallel ab, bis ein Satellit fertiggestellt ist …

Schmid: Einen Satelliten kann man sich fast wie einen LKW vorstellen: Er besteht aus einer Plattform, die mit verschiedenen Instrumenten beladen wird. Aus einem LKW könnte man einen Kühllaster oder einen Transportanhänger machen. So verhält es sich auch mit einem Satelliten. Auf eine Plattform kann ich ganz verschiedene Instrumente setzen. Wenn alle Instrumente fertig sind, werden diese Einzelteile zusammengebaut. Bei den MTG-Satelliten wird dieses Prinzip genutzt, um auf Basis einer Plattform zwei verschiedene Satellitenmodelle mit unterschiedlichen Instrumenten zu realisieren. Ende des Jahres 2022 werden wir dann den ersten Satelliten starten – einen sogenannten «Imager»-Satelliten oder auch bildgebenden Satelliten.

Dieses Video ist nur in englischer Sprache verfügbar.

Animation der MTG-Satelliten. Quelle: EUMETSAT.

Um ein Gefühl für den Umfang des Projektes zu bekommen – wie viele Personen waren an der Entwicklung bei EUMETSAT beteiligt?

Schmid: Am Anfang des Projektes war das Team noch recht klein. Damals haben wir mit etwa 20 bis 30 Mitarbeitenden an der Entwicklung gearbeitet. Im Moment sind wir jedoch auf der Zielgeraden des Projektes. Bei EUMETSAT bereiten aktuell etwa 200 Mitarbeitende den Start des ersten Satelliten auf verschiedenen Projektebenen vor. Hierzu zählt auch die Fertigstellung des Bodensystems und der Empfangsantennen in Leuk. Der Satellit selber wird von der ESA in Zusammenarbeit mit der Industrie gebaut. Über das Engagement bei EUMETSAT hinaus sind sicher mehrere tausend Mitarbeitende an der Fertigstellung beteiligt.

Welche grundlegenden Neuerungen gibt es bei den geostationären Satelliten der 3. Generation?  

Schmid: Grundsätzlich können wir uns über viele Verbesserungen gegenüber der bisherigen Satelliten Generation freuen. Eine grosse Weiterentwicklung werden wir insbesondere bei den bildgebenden Instrumenten sehen. Die Technik hinter der neuen Kamera kann man sich wie einen alten Fernseher vorstellen: Die Kamera fährt in S-Kurven die Erde unter sich ab, was Zeile für Zeile ein Bild entstehen lässt. Die gegenwärtigen Satelliten sind eher wie eine rotierende Trommel aufgebaut. Durch die Drehbewegung erzeugt die Kamera eine neue Zeile, jedes Mal wenn sie auf die Erde sieht. Dadurch ist sie jedoch sehr viel Zeit in den Orbit und nicht nur auf die Erde gerichtet. Mit den neuen Satelliten können wir dauerhaft auf die Erde schauen und erhalten wesentlich schneller Daten. Ein Bild von Europa erhalten wir zum Beispiel alle 2,5 Minuten.

Dann installieren wir jedoch auch komplett neue Instrumente auf den Satelliten. Der «Infrared»-Sounder erlaubt uns ein vertikales Profil durch die Atmosphäre hindurch zu erstellen. Dieses liefert uns Informationen über Temperaturverlauf, Feuchtigkeitsverlauf und Dichte innerhalb der Atmosphäre. Mit dem neuen Instrument erhalten wir dann nicht mehr ein Bild, sondern ein Spektrogramm. Wenn man dann über mehrere Bereiche immer wieder ein Vertikalprofil der meteorologischen Parameter erstellt, kann zusammen mit den bildgebenden Daten, eine 4-Dimensionale Abbildung der Atmosphäre erzeugt werden. Zu den aktuell drei Dimensionen, die uns die Daten bisher liefern, kommt somit auch eine vierte Dimension – der zeitliche Ablauf – hinzu. Damit haben wir ein sehr genaues Modell darüber was in der Atmosphäre passiert.

Und welche neue Funktion finden Sie persönlich besonders interessant?

Schmid: Ich finde der «Lightning Imager» ist ein besonders spannendes Instrument. Er erkennt Blitze in der Atmosphäre und lässt uns so Aussagen über die Zugrichtung und Aktivität eines Gewitters treffen. Das Instrument guckt sich die Erde quasi permanent an und liefert uns jede Sekunde ein neues Bild. Die NOAA (Amerikanische Wetterbehörde) hat bereits ein ähnliches Instrument installiert. Unser Satellit weist jedoch eine höhere Empfindlichkeit auf und kann so auch Blitze in höheren geografischen Breitengraden erkennen. Es würde mich schon interessieren, ob diese höhere Empfindlichkeit dazu führt, dass wir in Europa das Wettergeschehen bald noch besser beobachten können.

Welche weiteren Chancen und Vorteile erhofft sich die Forschung mit dem Start der neuen Satelliten?

Schmid: Künftig erhalten wir sehr viel genauere Daten, wir erhalten diese Daten sehr viel häufiger und in einer höheren Auflösung. Ich kann das gerne an einem Beispiel deutlich machen: Gegenwärtig haben wir eine Auflösung der Bilder von zwischen 1 und 3 km. Mit den neuen Satelliten gehen wir runter auf etwa 500 Meter und erhalten so eine doppelt so hohe Auflösung. Diese Neuerungen haben jedoch weniger eine Auswirkung auf die globale Wettervorhersage. Es geht vielmehr um die Optimierung und Genauigkeit lokaler Wettermodelle. In der Schweiz ist diese Entwicklung besonders wichtig, denn hier haben wir viele kleine und enge Täler mit lokalen Wetterveränderungen.

Ein Blick hinter die Kulissen

Wir wollen auch einen Blick in die Zukunft richten. Was sind für Sie die nächsten wichtigen Schritte?

Schmid: Zunächst bereiten wir uns in diesem Jahr auf den Start vor – das ist für uns sehr spannend und darauf arbeiten wir bei EUMETSAT gerade hin. Wenn wir dann den ersten Satelliten gestartet haben, müssen wir diesen in allen Konfigurationen etwa ein Jahr im Orbit durchtesten. Dieser Zeitraum ist wichtig, weil wir zu allen Jahreszeiten testen müssen. Erst dann können wir sagen, dass die Bilder und Daten, die wir produzieren, operationell genutzt werden können.

Und was geschieht mit den Satelliten der zweiten Generation, die aktuell im Einsatz sind?

Schmid: Wir gehen zunächst nur mit einem Satelliten in den Orbit, der auch nur einen Teil unserer Services liefern kann. Der zweite bildgebende Satellit wird erst 3 Jahre später starten. In dieser Zeit werden die gegenwärtig im All befindlichen Satelliten noch ihren Dienst verrichten. Irgendwann haben diese Satelliten dann keinen Treibstoff mehr und sind am Ende ihrer Lebenszeit. Wir gehen davon aus, dass der letzte dieser Satelliten noch bis 2030 im Einsatz bleiben kann. Am Ende ihrer Lebenszeit werden die Satelliten dann in einen sogenannten Friedhofsorbit befördert, der sehr viel höher liegt als das geostationäre Orbit.

Die Schweiz nimmt mit der Bodenstation in Leuk eine besondere Rolle innerhalb des Projektes ein. Warum hat EUMETSAT sich für diesen Standort entschieden?

Schmid: Das hat einen sehr wichtigen Grund. Wir haben zwei Bodenstationen, die Daten der Satelliten empfangen können: Eine davon ist in Leuk, die andere in Gera Lario am Comersee. Diese Antennen kommunizieren mit den Satelliten in einer relativ hohen Frequenz, die das Signal bei heftigen Regenfällen nicht mehr zuverlässig empfangen kann.

Es war daher wichtig, dass wir einen Punkt auf der Erde finden, an dem sich zwei Antennen in unmittelbarer Nähe befinden und wir gleichzeitig an beiden Orten sehr unterschiedliches Wettergeschehen vorfinden. Das Gebirge zwischen Gera Lario und Leuk stellt sicher, dass das Wettergeschehen auf der einen Seite komplett anders ist als auf der anderen Seite. Wenn wir in Gera Lario also heftige Gewitter und Regenfälle erwarten, dann können wir in Leuk weiterhin Daten empfangen – und umgekehrt.

Auf was freuen Sie sich am meisten nach diesem sehr umfangreichen Projekt?

Schmid: Also ich freu mich bereits ganz gewaltig auf den Start. Und worauf ich mich danach am meisten freue: wenn wir das erste vollständige Bild, das vom Satelliten aufgenommen wurde, in den Händen halten. Nach sämtliche Softwarekorrekturen wird das vorrausichtlich noch bis Mitte nächsten Jahres dauern.

Herr Schmid, vielen Dank für diesen spannenden Einblick in Ihre Arbeit und wir freuen uns mit Ihnen auf den Start Ende 2022.

Geostationäre Satelliten

Wie wird das Wetter? Wie entwickelt sich das Klima? Antworten auf diese Fragen liefern uns seit über 50 Jahren Informationen aus dem All. 1960 startete der erste Wettersatellit von der Erde in den Orbit. Grundsätzlich kann bei Wettersatelliten zwischen geostationären und polarumlaufenden Satelliten unterschieden werden. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen in der Höhe ihrer Umlaufbahn. Während polarumlaufende Wettersatelliten etwa 600 bis 800 Kilometer von der Erde entfernt sind, fliegen geostationäre Modelle in einer Höhe von 36’000 Kilometern. Ende 2022 startet die europäische Agentur EUMETSAT den ersten von insgesamt sechs geostationären Satelliten der dritten Generation, auch Meteosat Wettersatelliten (Meteosat Third Generation, MTG) genannt. Die Satelliten sollen neue Standards für Genauigkeit, Auflösung und Aktualität von Wetter- und Klimadaten setzen.

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Kommentare (6)

  1. Enderlin Wolfram, 10.05.2022, 07:54

    Wie und wann genau kommen die Satelliten ins All ?

    Antworten

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    1. MeteoSchweiz, 10.05.2022, 17:08

      Guten Tag Herr Enderlin
      Der Start des ersten Satelliten ist Ende 2022 geplant. Die weiteren MTG Satelliten starten in den darauffolgenden Jahren. Genauere Informationen zum MTG-Projekt und den Startdaten der Satelliten finden Sie auf der EUMETSAT Webseite: https://www.eumetsat.int/our-satellites/meteosat-series?sjid=future
      Auch auf unseren Kanälen werden wir immer wieder über das Projekt informieren.
      Freundliche Grüsse
      MeteoSchweiz

  2. Urban Hess, 08.05.2022, 17:25

    Ich weiss, ich weiss...., aber mir scheint, dass es mit jedem neuen Sateliten oder Sat-Sytem noch schwieriger wird, eine verlässliche Prognose auf ein paar Tage Trend abzugeben. Da dürfen wir mal gespannt sein.
    Ich bin kein Pessimist oder Ewiggestriger, aber manchmal erscheint es, dass viele Köche den Brei verderben...

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  3. Thomas Stemmler, 07.05.2022, 20:38

    Sehr cool! Wie hoch wird die vertikale Höhenauflösung der Soundings sein? Freue mich auf bessere Thermikprognosen! Viel Erfolg!

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    1. MeteoSchweiz, 09.05.2022, 16:20

      Lieber Herr Stemmler
      Der eigentlichen Messung kann man keine "einfache" vertikale Auflösung zuordnen. Die aus verschiedenen Höhen gemessenen Daten werden als Inputs für die numerischen Modelle genutzt. Die vertikale Auflösung wird schlussendlich die vertikale Auflösung der Modelle sein. Die Auflösung an sich wird sich voraussichtlich nicht entscheidend von der heutigen Auflösung unterscheiden - jedoch sollen die prognostizierten Werte zuverlässiger werden, so dass auch die Thermikprognosen davon profitieren.
      Freundliche Grüsse
      MeteoSchweiz

  4. Felix, 07.05.2022, 10:07

    Spannender mit technischen Details versehener Bericht.

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