Bildnachweis: ESA
Die Europäische Weltraumorganisation hat die Fähigkeit ihres Überwachungssatelliten Envisat Earth demonstriert, den Wasserstand von Binnenseen und Flüssen zu verfolgen. Punkte auf der Erde, die zuvor für die vorherige Radaraltimetrie unsichtbar waren. Der Radarhöhenmesser 2 an Bord von Envisat sendet aus 800 km Höhe 1800 Radarimpulse pro Sekunde und berechnet dann, wie lange die Rückkehr dauert - dies teilt dem Gerät die genaue Entfernung zum Planeten mit. Ein Team hat die Envisat-Rohdaten durchgesehen und einen Weg gefunden, um den Flusswasserspiegel durch Erkennen bestimmter Arten von Radarechos zu ermitteln. Die ESA wird 12 Jahre Flussniveaus für Wissenschaftler zur Untersuchung freigeben.
Seit über einem Jahrzehnt nutzt die ESA Satelliten, um Radarimpulse von der Erde abzuprallen und die Höhe der Meeres- und Landoberflächen genau zu messen. Aber Binnenseen und Flüsse waren effektive blinde Flecken für die Radaraltimetrie? Zumindest bis jetzt.
Nächste Woche zeigt die ESA eine neue Produktreihe mit dem Namen River and Lake Level von Altimetry, die bisher unzugängliche Informationen zum Wasserstand wichtiger Seen und Flüsse auf der Erdoberfläche liefert, die aus Envisat- und ERS-Radarhöhenmessermessungen abgeleitet wurden.
Hydrologen können diese neuen Daten verwenden, um die Flusshöhen rund um den Planeten zu überwachen, die Auswirkungen der globalen Erwärmung zu bewerten und beim Management der Wasserressourcen zu helfen. Binnengewässer sind als wichtige Wasser- und Nahrungsquellen für die Menschen in ihrer Umgebung wichtig. Sie sind häufig auch Regionen mit maximaler Artenvielfalt und stellen Frühindikatoren für den regionalen Klimawandel dar.
Ein neuer Verarbeitungsalgorithmus wurde entwickelt, um Befunde auf der Ebene von Flüssen und Seen aus rohen Radarhöhenmesserdaten zu extrahieren. Die Entwicklungsbemühungen wurden von Professor Philippa Berry von der britischen De Montfort University geleitet: „Das neue Radarhöhenmesserprodukt ist ein großer Fortschritt für Hydrologen. Es bietet ihnen ein neues Instrument, um sowohl die historischen Veränderungen des Grundwasserspiegels als auch wichtige Daten zu untersuchen, die zur Vorhersage von Modellen für Wasserverfügbarkeit, Wasserkraftproduktion, Hochwasser- und Dürreereignisse und allgemeine Klimaveränderungen verwendet werden können. “
Der Radarhöhenmesser 2 (RA-2), der an Bord des Umweltsatelliten Envisat der ESA geflogen wird, ist die verbesserte Nachfolge früherer Radarhöhenmesser des Raumfahrzeugs ERS-1 und ERS-2. Von seiner 800 km hohen polaren Umlaufbahn sendet es 1800 separate Radarimpulse pro Sekunde zur Erde und zeichnet dann auf, wie lange es dauert, bis ihre Echos zurückkehren? Timing ihrer Reise bis unter eine Nanosekunde, um die genaue Entfernung zum Planeten unten zu berechnen.
Radarhöhenmesser wurden bereits in den 1970er Jahren an Bord von Skylab und Seasat der NASA im Weltraum geflogen. Diese frühen Bemühungen konzentrierten sich weiterhin auf die Ozeane, da weniger glatte Landoberflächen nicht entzifferbare Signale zurückgaben. Mit der Verbesserung der Technologie wurden jedoch zuverlässige Landhöhendaten verfügbar. Der RA-2 von Envisat verfügt über ein innovatives Tracking-System mit Allradantrieb, das es ihm ermöglicht, den Radarvertrag aufrechtzuerhalten, selbst wenn sich das Gelände darunter vom Meer zum Eis oder zu trockenem Land verschiebt.
Aber Flüsse und Seen haben sich als härtere Ziele erwiesen. Große Seen und breite Flüsse wie der Amazonas gaben oft verlockende „nasse“ Radarsignale zurück, aber Echos aus dem nahe gelegenen trockenen Land verzerrten die meisten dieser Signale.
Die ESA war der Ansicht, dass eine umfassende Überwachung des Fluss- und Seespiegels dennoch möglich sei, und erteilte der Universität De Montfort einen Auftrag zur Entwicklung eines geeigneten Softwareprodukts. Die Lancaster University beriet in Fragen der Feldhydrologie.
Das Team der Universität De Montfort kämmte sorgfältig viele Gigabyte Rohdaten, die über Flüsse und Seen erfasst wurden, und notierte sich die Art der auftretenden Echoformen. Sie sortierten verschiedene Echoformen in verschiedene Kategorien und erstellten dann einen automatisierten Prozess, um diese Formen in „nassen“ Signalen zu erkennen und schließlich verwendbare Daten daraus zu extrahieren.
„Dazu muss die Form jedes einzelnen Echos analysiert und die genaue Zeit berechnet werden, die der Echokomponente vom See oder Fluss entspricht“, erklärte Professor Berry. „Dieser Prozess identifiziert und entfernt nicht nur das Echo aus dem umliegenden Land, sondern wird auch durch das häufige Auftreten von Inseln und Sandbänken, insbesondere in Flusssystemen, erschwert. Letztendlich hat sich dieser Ansatz jedoch als sehr effektiv erwiesen, da Höhen aus den meisten wichtigen Fluss- und Seensystemen der Erde erfolgreich abgerufen wurden. “
Nächste Woche werden die ersten Demonstrationsprodukte mit diesem neuen Algorithmus veröffentlicht, die repräsentative Daten aus den letzten sieben Jahren für Flüsse und Seen in Afrika und Südamerika enthalten. Es ist geplant, die globalen Höhenmesserdaten der letzten 12 Jahre erneut zu verarbeiten, um Hydrologen historische Informationen zu liefern, die für die Beurteilung langfristiger Trends von unschätzbarem Wert sind.
Die ESA beabsichtigt außerdem, Betriebssoftware in ihrem Bodensegment zu installieren, damit das Produkt innerhalb von drei Stunden oder weniger nach der Erfassung aus dem Weltraum nahezu in Echtzeit an die Benutzer geliefert werden kann.
Hydrologen benötigen keine Vorkenntnisse in der Radaraltimetrie, um die neuen Daten nutzen zu können. Ein Produkt namens River Lake Hydrology liefert Daten, die Flusskreuzungspunkten entsprechen, als ob tatsächlich Flussmessgeräte vorhanden wären.
Solche Messgeräte sind die traditionelle Methode zur Messung des Fluss- und Seespiegels, aber ihre Anzahl vor Ort ist in den letzten zwei Jahrzehnten stark zurückgegangen. Das neue Produkt wird diesen wachsenden Mangel an Bodendaten ausgleichen.
Das andere Produkt heißt River Lake Altimetry und richtet sich an Altimetriespezialisten. Es enthält alle Kreuzungspunkte für ein Gewässer sowie detaillierte Informationen zu allen instrumentellen und geophysikalischen Korrekturen.
Die Vorschau beider Produkte kann über eine spezielle Website (siehe rechte Leiste) oder auf einer kostenlosen CD abgerufen werden. E-Mail [E-Mail geschützt], um eine Kopie zu bestellen. Beide Produkte werden auf der Hydrology from Space-Konferenz am Montag, den 29. September in Toulouse offiziell vorgestellt.
Originalquelle: ESA-Pressemitteilung
