Satelliten

Für jede Vorhersage mussten die dafür nötigen physikalischen Felder wie Luftdruck, Temperatur und Feuchte mühselig aus spärlich vorhandenen Beobachtungsdaten interpoliert werden. Diese Daten stammten meist von ungleichmäßig verteilten Wetterstationen an Land. Informationen aus höheren Schichten der Atmosphäre bekam man nur von einigen wenigen Messungen, die mittels Wetterballons gemacht wurden. Über den Meeren,
die immerhin 71 % unserer Erdoberfläche bedecken, erhielt man abgesehen von ein paar sporadischen Schiffsmeldungen so gut wie überhaupt keine Daten.

Heutzutage haben es die Meteorologen bei ihren Vorhersagen schon deutlich leichter. Numerische Wettermodelle, die auf Supercomputern
gerechnet werden, lösen die physikalischen Gleichungen und berechnen unser Wetter für mehrere Tage in die Zukunft. Sie bilden somit die
Basis der modernen Wettervorhersage. Für diese Berechnungen ist es allerdings unerlässlich, den 3-dimensionalen Anfangszustand der
Atmosphäre so genau wie möglich zu erfassen. Da man aber heute über den Meer ebenfalls nur einige Messungen von Bojen, Bohrplattformen und Schiffen zur Verfügung hat, sind Wettersatelliten aus der modernen Wettervorhersage nicht mehr weg zu denken. Wie große Augen aus dem Weltall schauen sie auf die Erde herab und liefern uns weltumspannende Messdaten.

Die Geschichte der Wettersatelliten begann am 1. April 1960 mit dem amerikanischen Satellit TIROS 1. Er war der erste Satellit, der
ausgerüstet mit einer Kamera Bilder von Wolkenfeldern aus dem All zur Erde sendete. Heute umspannt ein ganzes Netz von Wettersatelliten den Erdorbit.

Man unterscheidet zwischen geostationären und polar umlaufenden Wettersatelliten. Die geostationären Satelliten, wie zum Beispiel der neueste europäische METEOSAT-10, befinden sich in einer Höhe von 35786 km über dem Äquator. Von der Erde aus betrachtet steht er immer an einem festen Punkt, da sein Umlaufzeit der Rotationsdauer der Erde entspricht. Die geostationären Satelliten liefern alle 5 Minuten ein Bild mit einer Auflösung von etwa 1 km. Die Auflösung nimmt jedoch an den Bildrändern und in Richtung der Pole ab. Die polar umlaufenden Satelliten wie zum Beispiel die europäischen MetOp-Satelliten oder die amerikanischen NOAA-Satelliten liefern auch genau Daten von den Polen. Diese tasten die Erde beim Flug von Pol zu Pol in einer Höhe von etwa 800 km ab. Jedoch benötigen sie für einen Umlauf 101 Minuten. Die Erdoberfläche wird dabei in 12 Stunden einmal komplett abgetastet.

Wettersatelliten messen die von der Erde reflektierte oder ausgesendete Strahlung. Doch wird nicht nur Strahlung im sichtbaren Bereich des Spektrums (reflektiertes Sonnenlicht) gemessen, sondern auch die unsichtbare Infrarot-(Wärme)strahlung. Da die Erde auch nachts Wärmestrahlung im Infrarotbereich aussendet, kann man somit auch nachts Satellitenbilder empfangen. Kombiniert man mehrere  Messbereiche des Spektrums sowohl im infraroten wie auch im sichtbaren Bereich, so kann man daraus verschiedene physikalische
Eigenschaften der Atmosphäre ableiten. Zum Beispiel erhält man Informationen über die Verteilung des Wasserdampfs, physikalische
Eigenschaften von Wolken und sogar Vertikalprofile der Temperatur. Des Weiteren erfassen sie zum Beispiel mit einem Radarsystem die
Struktur der Meeresoberfläche um daraus Windrichtung und -geschwindigkeit zu ermitteln. Der Satellit CALIPSO sendet einen Laserstrahl in die Atmosphäre und sammelt aus der Rückstreuung an Staub, Molekülen und Wolken Daten zur Erforschung der Einflüsse von Wolken und Staubpartikeln auf das Wetter. Damit liefern Wettersatelliten nicht nur Daten für die Eingabefelder für Wettermodelle, sondern auch wertvolle Informationen zur Analyse der aktuellen Wetterlage und aktuelle Daten für die Atmosphärenforschung. Zukünftige  Wettersatelliten wie Meteosat Third Generation (MTG), die ab 2015 die zweite Generation ablösen sollen, werden mit neuen Instrumenten Daten in noch besserer Qualität sammeln.
 
(dwd)