Hurrikane sind eine dieser Naturgewalten, die nur durch Satellitenbilder vollständig erfasst werden können. Für den Hurrikan Frances, der derzeit in Richtung der Küste der Vereinigten Staaten donnert, geht Envisat der ESA besser voran. Er blickt von oben nach unten durch den Hurrikan und hilft sogar dabei, unter den Wellen zu „sehen“, um verborgene Kräfte abzubilden, die den Sturm antreiben.
Als die Winde mit einer Geschwindigkeit von 235 km / h die Bahamas passierten, war Frances am Samstag auf dem Weg zur Landung an der Küste Floridas, und eine dreiviertel Million Amerikaner sind dabei, ihre Häuser zu räumen. Auf Frances zu warten und zu warten, mag für Menschen selbstmörderisch sein, aber weltraumgestützte Beobachter wie Envisat beobachten seinen Durchgang ohne Gefahr.
"Aufgrund der Multisensor-Fähigkeit von Envisat können wir mit nur einem einzigen Satelliten direkt durch den Hurrikan schneiden", erklärte Jos. Achache, ESA-Direktor für Erdbeobachtungsprogramme.
„Frances wird effektiv auseinander genommen, damit Meteorologen sie studieren können. Die von Envisat zurückgegebenen Daten umfassen die Wolkenstruktur und -höhe am oberen Rand des Hurrikans, Wind- und Wellenfelder am unteren Rand, die Meeresoberflächentemperatur und sogar Anomalien der Meereshöhe, die auf die thermischen Bedingungen des oberen Ozeans hinweisen, die seine Intensität beeinflussen. “
Wichtige Prozesse finden in verschiedenen Höhen und an verschiedenen Orten während eines Hurrikans statt - im Grunde genommen ein großer, starker Sturm, der sich um eine Zone mit extrem niedrigem Druck dreht.
Starke Oberflächenwinde auf niedrigem Niveau und Bänder mit intensiven Niederschlägen verbinden sich mit starken Aufwinde und Abflüssen feuchter Luft in höheren Lagen, wobei Energie als regnerisches Gewitter freigesetzt wird. Bisher war die einzige zuverlässige Quelle für solche hochauflösenden Messungen in verschiedenen Höhen das Flugzeug, das direkt durch den Hurrikan geflogen wurde.
Envisat verfügt sowohl über optische als auch über Radarinstrumente, mit denen Forscher die Wolkenstruktur und den Druck in der Atmosphäre im sichtbaren und infraroten Spektrum beobachten können, während sie gleichzeitig Radar-Rückstreuung verwenden, um die Rauheit der Meeresoberfläche zu messen und so die Windfelder direkt darüber abzuleiten es.
Diese Winde, die auf dem Niederdruckauge des Sturms zusammenlaufen, bestimmen letztendlich die spiralförmigen Wolkenmuster, die für einen Hurrikan charakteristisch sind.
Wissenschaftler aus Florida haben begonnen, diese einzigartige Kombination von Instrumenten für einzelne Raumfahrzeuge zu nutzen. das Bildgebungsspektrometer mit mittlerer Auflösung (MERIS) und das Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR)? als Hurrikansaison in vollem Gange ist.
Die CSTARS-Bodenstation (Center for Southeastern Tropical Advanced Remote Sensing) der Universität von Miami hat eine Vereinbarung zur Erfassung von ASAR- und MERIS-Daten direkt von Envisat getroffen. Der ERS-2-Windstreuungsdatensatz wird in naher Zukunft folgen. Ihr Zugriff auf Envisat-Daten ist gerade erfolgt, als der zweite Hurrikan in weniger als einem Monat auf die Küste Floridas zusteuert.
„Mit MERIS und ASAR kann Envisat den Ozean und die Atmosphäre nahezu gleichzeitig abbilden, was während der Hurrikansaison eine sehr nützliche Funktion ist“, sagte Hans Graber, Professor für Angewandte Meeresphysik an der Universität von Miami und Co-Direktor von CSTARS.
Während MERIS Details zu den wirbelnden Wolken an der Spitze des Hurrikans zurückgibt, durchdringt ASAR die Wolken und zeigt das windgepeitschte Gesicht des Meeres unter dem Sturm.
„Speziell in Bezug auf Frances scheint das Auge des Hurrikans derzeit viel von der Wolkendecke zu rollen und sieht ziemlich instabil aus. Die Informationen aus einem ASAR-Bild sollten dabei helfen, seine Größe und Position auf dem Ozean zu lokalisieren“, so Graber sagte. „Und Windfelder um die Augenwand können aus ASAR-Daten abgeleitet werden? Im Moment müssen wir nur noch Messungen von Hurrikanjägerflugzeugen durchführen, die direkt durch den Sturm fliegen. “
Gleichzeitige MERIS- und ASAR-Akquisitionen sind für Freitag von CSTARS geplant, auch wenn der Sturm am nächsten Morgen der vorhergesagten Landung näher kommt.
„Unsere derzeitige Aktivität ist im Sinne eines Shakedowns? Wir untersuchen, wie dies genutzt werden kann “, fügte Graber hinzu. „Unser letztes Ziel ist es, dies während der Hurrikansaison betriebsbereit zu machen. Wir haben ein Abkommen zur Verwendung von Radardaten der kanadischen Weltraumbehörde und haben auch Zugang zu anderen Satellitenressourcen für eine hohe zeitliche Abdeckung der betroffenen Region.
"Das Potenzial besteht darin, eine große Menge nützlicher Informationen zu extrahieren, die dem US National Hurricane Center helfen können, die Genauigkeit ihrer Hurrikanvorhersagen zu erhöhen und die Gefahr für die Öffentlichkeit zu verringern."
Ein weiteres Instrument an Bord von Envisat wird verwendet, um die Temperatur von Frances sowohl an der Oberfläche des Ozeans als auch auf den Höhen seiner hoch aufragenden Wolken zu messen.
Wassertemperaturen sind das wichtigste zugrunde liegende Energiespeicher, das Frances antreibt. zusammen mit den richtigen atmosphärischen Bedingungen müssen sie 26 ° C überschreiten, um einen tropischen Zyklon zu bilden und aufrechtzuerhalten. Das Advanced Along Track Scanning Radiometer (AATSR) von Envisat funktioniert wie ein weltraumgestütztes Thermometer und erfasst die Temperatur der Meeresoberfläche bis zu einem Bruchteil eines Grades.
In der Zwischenzeit liefert AATSR auch nützliche atmosphärische Daten, die die Temperatur der Spitze von Hurrikanwolken messen. Je höher sie in die Atmosphäre vordringen, desto kälter sind sie - und sie leiten auch ihren Eisgehalt ab.
„Wir haben ein kombiniertes Bild der AATSR-Meeresoberflächentemperatur und der Wolkentemperatur erstellt, das zeigt, dass die Meeresoberflächentemperatur in der Region bis zu 29 ° C beträgt“, bemerkte Carsten Brockmann von Brockmann Consult, einem deutschen Unternehmen, das sowohl MERIS- als auch AATSR-Hurrikan verarbeitet Bilder. "Diese Kombination aus zwei Sensoren bietet Meteorologen viele Informationen, um die Dynamik des Hurrikans zu verstehen und seine Entwicklung besser vorherzusagen."
AATSR-Informationen können mit der Höhe und Entwicklung der MERIS-Datenwolke korreliert werden, um eine gute Schätzung des Niederschlagspotenzials des Hurrikans zu erhalten und das Verständnis dessen zu verbessern, wie sich dies auf seine Gesamtintensität auswirkt. Durch die Kondensation von Wasserdampf wird latente Wärme freigesetzt, die die Umgebung des Hurrikanauges erwärmt. Dies wiederum verdampft mehr Oberflächenwasser und speist die Wärmekraftmaschine, die den Hurrikan antreibt.
Untersuche verborgene Tiefen, die den Sturm befeuern
Die Wärmeenergie von warmem Wasser, die teilweise einen Hurrikan antreibt, wird als tropisches Zyklonwärmepotential (TCHP) bezeichnet.
Ozeanische Merkmale wie warme Kernringe, Wirbel und der Golfstrom stellen eine Quelle für verstärkte Wärmeflüsse in die Atmosphäre dar, die zur Verstärkung tropischer Wirbelstürme wie Hurrikane führen können.
Warmes Wasser kann sich in vielen dieser ozeanischen Merkmale bis mindestens 100 Meter unter die Oberfläche erstrecken und Wasser mit sehr hohem Wärmegehalt darstellen. Mehrere Hurrikane haben sich verstärkt, wenn ihre Spuren über Wirbel oder andere Massen von warmem Wasser mit hohen TCHP-Werten führen.
Zum Beispiel verstärkte sich 1995 der Hurrikan Opal im Golf von Mexiko plötzlich, nachdem er einen warmen Ring mit TCHP-Werten von bis zum Sechsfachen der Schwelle überschritten hatte, um einen tropischen Wirbelsturm aufrechtzuerhalten.
Zuvor verwendeten die Forscher allein die Meeresoberflächentemperatur, um die Rolle der thermischen Bedingungen im oberen Ozean für die Hurrikanintensivierung abzuschätzen. Das Problem dabei ist, dass die mit AATSR oder vergleichbaren Satelliteninstrumenten gemessene Meeresoberflächentemperatur diese warmen Merkmale des oberen Ozeans möglicherweise nicht selbst zeigt, insbesondere während der Sommermonate in tropischen Regionen.
In der Vergangenheit wurden diese Merkmale des oberen Ozeans von satellitengestützten Temperatursensoren nicht wahrgenommen, da sie effektiv unter einer sehr flachen und stabilen Schicht wärmeren Wassers getarnt sind.
Die Windkräfte tropischer Wirbelstürme erodieren diese dünne obere Schicht leicht, indem sie das obere Wasser in Tiefen mischen, die bis zu 100 Meter tief sein können. Dadurch können die tropischen Wirbelstürme unter geeigneten Bedingungen die Wärmeenergie des Ozeans absorbieren. Nun können Schätzungen von TCHP basierend auf Satellitenbeobachtungen der Meeresoberflächentemperatur und der Meeresoberflächenhöhe diese Merkmale erkennen.
Die Forscher Gustavo Goni, Joaquin Trinanes und Peter Black vom Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory (NOAA / AOML) der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration arbeiten an dieser ursprünglichen Methode, um diese Warmwassermassen zu erfassen und ihre Wärmepotentialwerte für tropische Zyklone unter Verwendung mehrerer zu berechnen Satellitensensoren, darunter einer auf Envisat.
„Diese Wasserspiele sind entscheidend für die Identifizierung von Regionen mit hohen TCHP-Werten, die möglicherweise zur Intensivierung eines Hurrikans beitragen können“, erklärte Goni. „Diese Regionen mit hohen TCHP-Werten bieten den Hurrikanen die Möglichkeit, viel mehr Wärmeenergie zu absorbieren, wenn die Gesamtbedingungen stimmen. Meine Forschung nutzt die Tatsache, dass diese warmen Wassermassen eine Meereshöhe von bis zu 30 cm nach oben verursachen. Solche Anomalien der Meereshöhe können dann mit weltraumgestützten Radarhöhenmesserdaten kartiert werden. “
Radarhöhenmesser, wie das Radarhöhenmesser-2-Instrument auf Envisat, feuern jede Sekunde Hunderte von Radarimpulsen auf die Erde ab. Durch die zeitliche Abstimmung ihrer Rückkehr in die Nanosekunde kann die Meereshöhe mit einer maximalen Genauigkeit von zwei Zentimetern aus Hunderten von Kilometern über dem gemessen werden Erde.
Das US Naval Research Laboratory (NRL) kombiniert Envisat RA-2-Daten mit Daten von ähnlichen Radarhöhenmessern an Bord der Jason-1- und GFO-Satelliten, um die Gesamtgenauigkeit sowie die räumliche und zeitliche Abdeckung zu verbessern, und bildet die Quelle für Altimetrieprodukte, die sich wiederum bilden Die Grundlage für NOAA / AOML-erstellte Karten des Wärmepotentials tropischer Wirbelstürme, die die thermischen Bedingungen des oberen Ozeans darstellen und hier über die bisherige Spur des Hurrikans Frances gelegt sind.
„Derzeit verwende ich dieses Produkt nur zu Forschungszwecken, um das Leben eines Hurrikans besser zu verstehen. Analoge Produkte werden jedoch vom National Hurricane Center hergestellt und betrieblich für Prognosen verwendet “, schloss Goni.
Altimetrie-basierte Windgeschwindigkeits- und Wellenhöhenprodukte werden ebenfalls von der französischen Firma Collecte Localization Satellites (CLS) vertrieben und können Merkmale der Meeresoberfläche im Zusammenhang mit Hurrikanen aufdecken.
Die Ergebnisse sollen bekannt gegeben werden
Der im März 2002 gestartete Envisat-Satellit der ESA ist ein äußerst leistungsfähiges Mittel zur Überwachung des Zustands unserer Welt und der Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf sie. Envisat verfügt über zehn hochentwickelte Instrumente zur Beobachtung und Überwachung der Erdatmosphäre, des Bodens, der Ozeane und der Eiskappen, um die Kontinuität mit den 1991 begonnenen ERS-Missionen der Agentur aufrechtzuerhalten.
Nach zweieinhalb Jahren im Orbit treffen sich mehr als 700 Wissenschaftler aus 50 Ländern zu einem speziellen Symposium in Salzburg in Österreich, um die ersten Ergebnisse der Satelliten zu überprüfen und zu diskutieren und ihre eigenen Forschungsaktivitäten auf der Grundlage von Envisat-Daten vorzustellen.
Ab Montag befasst sich das Envisat-Symposium mit nahezu allen Bereichen der Geowissenschaften, einschließlich atmosphärischer Chemie, Küstenstudien, Radar und Interferometrie, Wind und Wellen, Vegetation und Landwirtschaft, Erdrutschen, natürlichen Risiken, Luftverschmutzung, Meeresfarbe, Ölverschmutzung und Eis .
Auf dem Symposium werden über 650 Artikel vorgestellt, die durch Peer Review ausgewählt wurden. Zu den Präsentationen gehören Ergebnisse zur Ölpest von Prestige, zu den Waldbränden in Portugal im letzten Jahr, zu den Überschwemmungen an der Elbe im Jahr 2002, zur Entwicklung des Ozonlochs in der Antarktis, zum Erdbeben in Bam und zur Umweltverschmutzung in Europa.
Während der Woche sind im ESA-Ausstellungsbereich zahlreiche Demonstrationen geplant. Ein Exponat des Industriekonsortiums zur gemeinsamen Initiative Globales Monitoring für Umwelt und Sicherheit (GMES) der ESA und der Europäischen Kommission ist ebenfalls geplant.
Originalquelle: ESA-Pressemitteilung
