Adlerauge für die Klimaforschung

Welchen Schwankungen unterliegt der Meeresspiegel? Wie hoch ist die Wasser­qualität von Nord- und Ostsee? Welche Rolle spielt der Ozean im Kohlen­stoff­kreislauf der Erde? Welchen Einfluss hat die Ober­flächen­temperatur der Meere auf die Ozean­zirkulation? Wie ändert sich Pflanzen­produktivität mit dem Klimawandel? Der Erd­beobachtungs­satellit Sentinel-3A ist am 16. Februar 2016 um 18.57 Uhr MEZ mit einer Rockot-Rakete vom russischen Weltraum­bahnhof in Plesetsk gestartet und liefert nun die Grundlagen, um diese wichtigen Fragen zu beantworten. Dieser Wächter­satellit ist der erste Teil der Ozeanmission im Copernicus-Programm der Europäischen Kommission und der Europäischen Weltraum­organisation ESA. Der ESA-Teil wird mit einem Drittel von Deutschland finanziert und vom Raum­fahrt­management des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) betreut. Das Deutsche Fern­erkundungs­daten­zentrum (DFD) des DLR wertet spezielle Daten der Sentinel-3-Mission aus.

Dieser „Hightech-Ozeanwächter im All" wird aus seinem Orbit in 815 Kilometern Höhe die Meere beobachten und so Ozean­vorhersagen sowie Umwelt- und Klima­über­wachung unterstützen. Denn neben der Meeres­beobachtung hat Sentinel-3A die Aufgabe, die globalen Land­ober­flächen in zeitlich hoher Frequenz zu beobachten. So können die Vegetation überwacht, Waldbrände und andere Feuer aufgespürt und Frühwarn­systeme wie etwa gegen illegale Tropen­wald­abholzung betrieben werden. „Sentinel-3A lässt uns den Zustand und die Entwicklung unserer Meere und der Land­ober­fläche nun mit anderen Augen sehen. Dadurch können wir die Auswirkungen des globalen Wandels besser verstehen, Anpassungs­maßnahmen entwickeln sowie für ein nachhaltiges Management natürlicher Ressourcen sorgen", erklärt Michael Nyenhuis, der im DLR Raum­fahrt­management die Sentinel-3-Missionen betreut. „Für die richtige Bewertung der Informationen müssen hochwertige Daten zuverlässig zur Verfügung stehen – auch durch die Verarbeitung und Archivierung der Sentinel-3-Daten auch durch das Deutsche Fern­erkundungs­daten­zentrum sind die Voraussetzungen gegeben", ergänzt Stefan Dech, Direktor des DFD.

Seine Sensoren vermessen Ozean-, Eis- und Landoberflächen. Ein hochpräzises Radar-Altimeter erfasst die Meeresspiegelhöhe (SRAL). Ein Radiometer misst die Ozean- und Land­ober­flächen­temperatur (SLSTR) mit einer Genauigkeit von 0,3 Grad Celsius. Außerdem beobachtet ein optisches Instrument die Ozean- und Landoberflächen (OLCI). Damit setzt Sentinel-3A die Messungen früherer Satelliten fort – insbesondere des 2012 außer Betrieb gestellten ESA-Satelliten ENVISAT. Seine Instrumente steigern zusätzlich die Produktqualität durch eine verbesserte spektrale Auflösung, erhöhen die zeitliche Auflösung und verbessern die Messung von Atmosphären­parametern. Sieben Jahre lang soll Sentinel-3A die Erde beobachten. Seine Lebensdauer kann aber unter günstigen Bedingungen auf bis zu zwölf Jahre verlängert werden. 2017 soll der baugleiche Satellit Sentinel-3B seine Arbeit im Weltraum aufnehmen. Er wird die Erde zeitversetzt auf einer identischen polaren Umlaufbahn in 815 Kilometern Höhe umrunden. Damit verdoppelt sich die Aufnahme­kapazität und erlaubt dem Satellitenpaar alle zwei Tage eine globale Abdeckung.

Big Data ist in aller Munde – auch bei Copernicus bestimmen riesige Datenmengen das Geschehen. Immerhin sollen nicht nur die Daten von sechs Satelliten­familien, sondern auch die dazugehörigen Informations­produkte jederzeit zuverlässig zur Verfügung gestellt werden. „Zur Vorbereitung auf die realen Datenströme fördert das DLR Raum­fahrt­management die Entwicklung der notwendigen Technologien und unterstützt dadurch Forschungs­institutionen, Dienst­leistungs­unternehmen und andere öffentliche und private Nutzer in der Nutzung der Satelliten­daten. So wurden auf der Basis simulierter Beobachtungen neue mathematische Verfahren und Technologien zur Daten­verarbeitung entwickelt, um etwa Wasser­inhalts­stoffe, Meeres­spiegel­höhe oder Ozean­ober­flächen­temperatur bestimmen zu können", erklärt Nyenhuis. Auch auf europäischer Ebene wurden und werden Anstrengungen unternommen: Die ESA hat Software-Toolboxes zur Visualisierung, Analyse und Verarbeitung von Satelliten­daten der Sentinels entwickelt. Sie stehen den Nutzern nun frei zur Verfügung.

Um die von Sentinel-3A gelieferten Rohdaten effizient verarbeiten und archivieren zu können, besteht eine Aufteilung zwischen der ESA und der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (EUMETSAT) für die Bereitstellung der Datenprodukte. Meeresbezogene Datenprodukte werden von EUMETSAT bereitgestellt. Sentinel-3A ist der dritte Satellit der sechs Satelliten­familien im Copernicus-Programm der Europäischen Union und der ESA. Das Sentinel-3 Mission Control Center befindet sich bei EUMETSAT in Darmstadt.

DLR / DE