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Peter Köpke (Hg.) | Michael Sachweh (Hg.)

Satellitenmeteorologie

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EAN/ISBN
9783838535258
1. 2012

Details

Nicht nur für Studierende der Meteorologie, sondern auch für die Fächer Geographie, Klimatologie, Geo-/Umweltwissenschaften und Satellitentechnik geeignet!

Das Buch gibt einen fundierten Einblick in Grundlagen, Methoden und Ergebnisse der Satellitenmeteorologie, d. h. der satellitengestützten Fernerkundung der Atmosphäre und ihrer Randbereiche zur globalen Gewinnung von Daten über wetter- und klimarelevante Parameter.

Strahlungsphysik, Satellitenbahnen und Messprinzipien als Grundlagen werden allgemeinverständlich dargestellt. Fachautoren erläutern in Einzelkapiteln die Nutzung von Satellitendaten zur Bestimmung meteorologischer Größen, wie etwa Wind oder Niederschlag. Sensoren, Messmethoden und Ableitungsverfahren werden beschrieben und Ergebnisse anhand von Beispielen veranschaulicht.

Mehr als 150 Abbildungen erleichtern das Verständnis. Tabellen zu Kenndaten von Satelliten und Instrumenten, ein umfangreiches Glossar, themenspezifische Literaturlisten und Web-Links runden das Werk ab.

Aus dem Inhalt:

Elektromagnetische Strahlung
Radiometer, Lidar, Radar
Satellitenorbits, Sondierungsverfahren
Satellitenmessungen von • Temperatur • Strahlung • Wolken • Niederschlag • Wind • Aerosol • Spurengasen • Eis und Schnee

Dieser Titel ist auf verschiedenen e-Book-Plattformen (Amazon, Libreka, Libri) auch als e-Pub-Version für mobile Lesegeräte verfügbar.
  • Satellitenmeteorologie1
  • Impressum4
  • Inhalt5
  • Vorwort11
  • 1 Was bedeutet Satellitenmeteorologie?14
  • 1.1 Motivation für satellitengestützte Fernerkundung14
  • 1.2 Sprache und Namen20
  • 1.3 Grundlagen22
  • 1.3.1 Vorteile der Satellitenmeteorologie22
  • 1.3.2 Probleme der Satellitenmeteorologie24
  • 1.3.3 Kalibration und Validation28
  • 1.4 Beispiele meteorologischer Fernerkundung29
  • 1.4.1 Information aus einem Kanal29
  • 1.4.2 Information aus der Kombination mehrerer Messungen34
  • 1.5 Vom gemessenen Signal zur gesuchten Information36
  • 2 Licht und andere elektromagnetische Strahlung42
  • 2.1 Grundlagen42
  • 2.1.1 Farbe, Wellenlänge und Frequenz: Eigenschaftender Strahlung42
  • 2.1.2 Emission, Absorption und Streuung48
  • 2.1.3 Strahlen und andere Strahlungsgrößen49
  • 2.2 Die Gesetze von Planck und Kollegen57
  • 2.2.1 Plancksches Strahlungsgesetz57
  • 2.2.2 Die Wellenlänge maximaler Strahlung und das Rayleigh-Jeans-Gesetz61
  • 2.2.3 Stefan-Boltzmann-Gesetz62
  • 2.2.4 Wie gehören Emission und Reflexion zusammen?63
  • 2.3 Woher kommt die Strahlung, die bei der Satellitenmeteorologie genutzt wird?65
  • 2.3.1 Strahlung von der Sonne66
  • 2.3.2 Strahlung von der Erde68
  • 2.3.3 Strahlung von Lasern und Mikrowellensendern69
  • 3 Was passiert mit der Strahlung bis zum Signal am Satelliten?73
  • 3.1 Extinktionsgesetz73
  • 3.1.1 Extinktionskoeffizient und Transmission73
  • 3.1.2 Absorptions- und Streukoeffizient75
  • 3.2 Strahlungstransportgleichung77
  • 3.2.1 Strahlung mit Schwächung und Verstärkung77
  • 3.2.2 Was trägt alles zum Signal am Satelliten bei?81
  • 3.2.3 Lösung der Strahlungstransportgleichung82
  • 3.3 Streuung und Teilcheneigenschaften83
  • 3.3.1 Teilchengröße und Wellenlänge83
  • 3.3.2 Streutheorien85
  • 3.3.3 Streufunktion88
  • 3.4 Was passiert in der Atmosphäre und am Boden?89
  • 3.4.1 Eigenschaften im solaren Spektralbereich90
  • 3.4.2 Strahlungstransport im solaren Spektralbereich92
  • 3.4.3 Eigenschaften im terrestrischen Spektralbereich93
  • 3.4.4 Strahlungstransport im terrestrischen Spektralbereich95
  • 3.4.5 Eigenschaften im Mikrowellenbereich96
  • 3.4.6 Strahlungstransport im Mikrowellenbereich98
  • 4 Wie fliegt ein Satellit? Wie wird ein Signal gemessen und genutzt?101
  • 4.1 Umlaufbahnen: Orbits101
  • 4.1.1 Zur Physik, die alles bestimmt101
  • 4.1.2 Geostationäre Satelliten104
  • 4.1.3 Polarumlaufende Satelliten106
  • 4.2 Wie blickt ein Sensor? Beobachtungsgeometrien109
  • 4.2.1 Nadirsondierung110
  • 4.2.2 Okkultation und Horizontsondierung114
  • 4.3 Radiometereigenschaften116
  • 4.3.1 Aufbau116
  • 4.3.2 Am Detektor verfügbare Energie118
  • 4.4 Wie wird das Signal genutzt?120
  • 4.4.1 Kombination unterschiedlicher Information120
  • 4.4.2 Vegetationsindex und Ozeanfarbe121
  • 4.4.3 Vertikalprofil mittels spektraler Messungen124
  • 4.4.4 Vertikalinformation mittels Laufzeit126
  • 4.4.5 Doppler-Effekt127
  • 4.4.6 Winkel, Polarisation und Abstand128
  • 4.4.7 Mischungsregel129
  • 5 Temperatur132
  • 5.1 Einleitung132
  • 5.2 Methoden133
  • 5.2.1 Grundsätzliches133
  • 5.2.2 Bodentemperatur134
  • 5.2.3 Landoberflächentemperatur LST136
  • 5.2.4 Meeresoberflächentemperatur SST138
  • 5.2.5 Validation140
  • 5.2.6 Lufttemperatur142
  • 5.3 Anwendung143
  • 5.3.1 Landoberflächentemperatur145
  • 5.3.2 Meeresoberflächentemperatur148
  • 5.3.3 Weitere Anwendungen150
  • 6 Wolken155
  • 6.1 Die Bedeutung der Wolken156
  • 6.1.1 Der Einfluss der Wolken auf Strahlungsbilanz und Klima156
  • 6.1.2 Die Doppelrolle der Wolken in der Fernerkundung156
  • 6.2 Methodik der Fernerkundung von Wolken157
  • 6.2.1 Die physikalischen Eigenschaften von Wolken158
  • 6.2.2 Systematik der makro- und mikrophysikalischenWolkenparameter162
  • 6.2.3 Qualitative Wolkenerkennung: Die Identifikationvon Wolken in Satellitendaten163
  • 6.2.4 Quantitative Ableitung makrophysikalischer Wolkenparameter169
  • 6.2.5 Quantitative Ableitung mikrophysikalischer Wolkenparameter170
  • 6.2.6 Methodenübersicht zur Wolkenanalyse aus Satellitendaten173
  • 6.2.7 Validation der Wolkenfernerkundung177
  • 6.3 Anwendungsbeispiele180
  • 6.3.1 Zeitreihen von Wolkenparametern und Klimatologien aus Satellitendaten182
  • 6.3.2 Wolkenfernerkundung für Wetter und Klima185
  • 6.3.3 Beispiel einer Wolkenanalyse aus GOME2-Daten188
  • 6.3.4 Beispiel für die Wolkenerkennung in Daten von Landnutzungssatelliten189
  • 7 Niederschlag192
  • 7.1 Einleitung192
  • 7.2 Methodik194
  • 7.2.1 Strahlungstransportmodellierung196
  • 7.2.2 Sichtbar/Infrarot197
  • 7.2.3 Mikrowellen200
  • 7.2.4 Kombinierte Methoden203
  • 7.2.5 Validation205
  • 7.3 Einige Ergebnisse207
  • 8 Wind212
  • 8.1 Das Windfeld in der Atmosphäre212
  • 8.2 Methodik214
  • 8.2.1 Bewegung von Wolken und Wasserdampfstrukturen214
  • 8.2.2 Rauigkeit der Ozeanoberfläche219
  • 8.2.3 Doppler-Verfahren für Windprofile221
  • 8.3 Anwendungen225
  • 8.3.1 Wettervorhersage und Hurrikans225
  • 8.3.2 Klimatologie hoher Windgeschwindigkeiten im Nordatlantik226
  • 8.3.3 Windklimatologien als Basisfür die Nutzungder Windenergie228
  • 9 Aerosol231
  • 9.1 Einleitung231
  • 9.2 Passive Methoden zur Aerosolfernerkundung233
  • 9.2.1 Grundlagen233
  • 9.2.2 Gängige Algorithmen238
  • 9.2.3 Validation240
  • 9.3 Aktive Methoden zur Aerosolfernerkundung241
  • 9.3.1 Grundlagen241
  • 9.3.2 Missionen und Ergebnisse244
  • 9.4 Anwendungen246
  • 9.4.1 Räumliche und zeitliche Variation der AOD246
  • 9.4.2 Komponenten des Aerosols251
  • 9.4.3 Feinstaub253
  • 9.4.4 Aerosol als Störgröße254
  • 10 Spurengase257
  • 10.1 Einführung257
  • 10.2 Methoden259
  • 10.2.1 Die Messaufgabe259
  • 10.2.2 Die Messgeometrie260
  • 10.2.3 Das Spektrum in der Atmosphäre und dessen Nutzung262
  • 10.3 Satellitenmissionen mit Spurengassondierungen270
  • 10.4 Ergebnisse271
  • 10.4.1 Ergebnisse zur Luftverschmutzung271
  • 10.4.2 Ergebnisse zur Klimaforschung275
  • 10.4.3. Ergebnisse zur stratosphärischen Ozonforschung277
  • 10.4.4 Sonstige Forschungsgebiete279
  • 10.5 Genauigkeit und Validation der Satellitenmessungen280
  • 11 Eis und Schnee283
  • 11.1 Einleitung283
  • 11.2 Technologien und Methoden286
  • 11.2.1 Optische und thermische Sensoren286
  • 11.2.2 Mikrowellen-Radiometer287
  • 11.2.3 Beispiel zur Datenauswertung: Meereiskonzentration288
  • 11.2.4 Laseraltimeter291
  • 11.2.5 Radaraltimeter292
  • 11.2.6 Beispiel zur Datenauswertung: Meereisdicke294
  • 11.2.7 Scatterometer295
  • 11.2.8 Abbildendes Radar (RAR und SAR)295
  • 11.2.9 Interferometrie als spezielles Auswerteverfahrenfür SAR-Daten299
  • 11.2.10 SAR-Interferometrisches Radaraltimeter301
  • 11.3 Beispiele zu Anwendungen und Ergebnissen302
  • 11.3.1 Ausdehnung schneebedeckter Gebiete302
  • 11.3.2 Albedomessungen303
  • 11.3.3 Meereisausdehnung und -konzentration304
  • 11.3.4 Meereisdrift306
  • 11.3.5 Meereisdicke307
  • 11.3.6 Meereisklassifizierung308
  • 11.3.7 Topographie der Eisschilde und Fließbewegung der Ausflussgletscher309
  • 11.3.8 Schmelzgebiete auf den Eisschilden312
  • 11.3.9 Schneeakkumulation auf den Eisschilden312
  • 11.3.10 Schelfeis- und Gletscherabbrüche313
  • 12 Strahlung317
  • 12.1 Einleitung317
  • 12.2 Erfassung der Strahlungskomponentenam Oberrand der Atmosphäre318
  • 12.2.1 Grundlagen318
  • 12.2.2 Methodik319
  • 12.2.3 Anisotropie-Korrektur, Kalibration undSatelliten-Missionen320
  • 12.3 Solare Einstrahlung am Erdboden323
  • 12.3.1 Methodik323
  • 12.3.2 LUT-Verfahren325
  • 12.3.3 Heliosat-Verfahren326
  • 12.3.4 Validation332
  • 12.4 Thermische Einstrahlung an der Erdoberfläche335
  • 12.4.1 Methodik335
  • 12.4.2 Das Verfahren von Gupta336
  • 12.5 Anwendungen und Diskussion337
  • 12.5.1 Strahlungshaushalt der Erde337
  • 12.5.2 Solare Einstrahlung am Erdboden339
  • 12.5.3 Validation von modellbasierten Strahlungs-Klimamodellen341
  • 12.5.4 EUMETSAT’s CM SAF341
  • 13 Meteorologische Satellitenund Sensoren344
  • 13.1 Meteorologische Satelliten344
  • 13.2 Chronik meteorologischer Satelliten345
  • 13.2.1 Geostationäre Satelliten346
  • 13.2.2 Satelliten auf niedriger Flugbahn347
  • 13.2.3 Forschungssatelliten348
  • 13.3 Gegenwärtige Satelliten349
  • 13.3.1 Geostationäre Satelliten349
  • 13.3.2 Satelliten auf niedriger Flugbahn352
  • 13.3.3 Forschungssatelliten354
  • 13.4 Instrumente359
  • 13.4.1 Typen359
  • 13.4.2 Eingesetzte Instrumente360
  • 13.5 Zukünftige meteorologische Satelliten und Sensoren365
  • Tabellen zu Kapitel 13370
  • Satelliten370
  • Sensoren381
  • Literaturverzeichnis387
  • Zitierte Literatur387
  • Weiterführende Literatur394
  • Webseiten396
  • Akronyme401
  • Register407
  • Beiträge zu diesem Buch leisteten413