23.08.2018

Wind per Laser aus dem Weltraum messen

Europäischer Erdbeobachtungssatellit Aeolus erfolg­reich gestartet.

Man kennt das Bild aus dem Wetterbericht: Im Satelliten­film sind Wolken­forma­tionen und andere Infor­ma­tionen zu erkennen, die für das Wetter eine ent­schei­dende Rolle spielen. Doch bis­lang werden keine direkten Wind­infor­ma­tionen erfasst. Mit dem europä­ischen Satel­liten Aeolus soll sich das jetzt ändern: Die Mission ESA soll bis 2021 mit einem neu­artigen und leistungs­starken Laser-System verti­kale Wind­profile erstellen und so zum ersten Mal hoch­genau und zeitnah Daten zu globalen Wind­feldern in der Atmo­sphäre messen. Wissen­schaftler und Meteoro­logen können aus diesen Daten wichtige Infor­ma­tionen für ein besseres Ver­ständnis unserer Wetter­systeme und des Klimas gewinnen.

Abb.: Der Satellit Aeolus misst mit­hilfe eines Lasers atmo­sphärische Wind­profile. (Bild: ESA / ATG Medialab)

Der 1,4 Tonnen schwere Erdbeobachtungssatellit ist am 22. August um 23.20 Uhr MESZ – 18.20 Uhr Orts­zeit – an Bord einer Vega-Träger­rakete vom europä­ischen Welt­raum­bahn­hof in Kourou in Franzö­sisch-Guayana erfolg­reich gestartet. Er umkreist die Erde in einer Höhe von 320 Kilo­metern. Aeolus ist Bestand­teil des „Living Planet“-Programms der ESA, bei dem Deutsch­land stärkster Partner und Beitrags­zahler ist. Die Raum­fahrt­agentur im DLR in Bonn steuert im Auftrag der Bundes­regie­rung die deutschen ESA-Beiträge. „Mit der lang­jährigen und schwie­rigen Ent­wick­lung des Laser­systems, das im ultra­vio­letten Spektral­bereich arbeitet, gelingt Europa ein techno­lo­gischer und wissen­schaft­licher Durch­bruch“, erklärt Walther Pelzer, Vorstand der DLR-Raum­fahrt­agentur. „Ich freue mich, dass deutsche Exper­tise aus Industrie und Wissen­schaft nicht nur den Weg für diesen Durch­bruch geebnet hat, sondern auch einen ent­schei­denden Beitrag für einen weg­weisen­den Proto­typen für künftige opera­tio­nelle Systeme geleistet hat und damit auch Pläne der World Meteoro­logical Organi­sation unter­stützt.“

Mit Aeolus und insbesondere dem Laser-System Aladin kann die mittel­fristige Wetter­vor­her­sage – also die Prognose von bis zu 15 Tagen im Voraus – erheb­lich ver­bessert werden. „Vor allem die genaue Kenntnis der Dynamik des Wetters in den Tropen und über dem Pazifik lässt eine zuver­lässi­gere Vorher­sage von starken und plötz­lichen Stürmen in unseren Breiten­graden zu“, sagt Albrecht von Bargen, DLR-Koordi­nator der deutschen Beiträge für die Nutzung der Aeolus-Daten. Bisher müssen sich die Wetter­dienste bei ihren Vorher­sagen auf ver­gleichs­weise wenige und punk­tu­elle Wind­daten ver­lassen. Die Abdeckung über den Ozeanen, Afrika und Süd­amerika sowie den Polar­gebieten ist sehr gering. Viele Extrem­wetter wie etwa Orkane, die auch hohe Schäden in Deutsch­land und Europa ver­ur­sachen können, ent­stehen zwischen den Sub­tropen und den sub­polaren Breiten­graden. Das Europä­ische Zentrum für mittel­fristige Wetter­vor­her­sage wird die Aeolus-Daten ver­arbeiten und den europä­ischen Wetter­diensten zur Ver­fügung stellen. „Damit füllt Aeolus eine sehr wich­tige Lücke“, so von Bargen.

Das Instrument Aladin – Atmospheric Laser Doppler Instrument – an Bord von Aeolus basiert auf der LIDAR-Technik, der Messung von Ent­fer­nungen und Eigen­schaften der Atmo­sphäre mit Hilfe von Laser­licht. „Aladin schickt dabei kurze UV-Licht­impulse zur Erd­ober­fläche. Mit einem Tele­skop werden die an Mole­külen, Wolken und Staub­teil­chen gestreuten Signale dann wieder ein­ge­sammelt und die Lauf­zeit der Strah­lung und die Frequenz aus­ge­wertet. Daraus lassen sich die globalen Wind­profile vom Boden bis in Höhen von dreißig Kilo­metern ableiten“, erläutert Oliver Reite­buch vom DLR-Institut für Physik der Atmo­sphäre in Ober­pfaffen­hofen. „Wir haben die tech­nische und wissen­schaft­liche Funktions­weise mit einem Proto­typen des LIDAR in mehreren Kampagnen mit unserem Forschungs­flug­zeug Falcon nach­ge­wiesen.“

Schon vor dem Start der Satellitenmission konnten die DLR-Wissen­schaftler damit Mess­daten von einem Aladin-ähn­lichen Instru­ment gewinnen, um damit die Erfas­sung der Wind­geschwin­dig­keit zu demon­strieren und zu testen. Nach dem Start von Aeolus wollen Reite­buch und seine Kollegen die flug­zeug­basierten Messungen fort­setzen und den Satel­liten unter­fliegen, um die Genauig­keit der Wind­messung zu vali­dieren.

DLR / RK

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