Daten aus dem All

Windvermessung mit Lasertechnik

| Redakteur: Julia Schmidt

Der Erdbeobachtungssatellit ADM Aeolus solll zukünftig Windprofile messen.
Der Erdbeobachtungssatellit ADM Aeolus solll zukünftig Windprofile messen. (Bild: DLR)

Bislang konnten im Satellitenfilm des Wetterberichts keine direkten Windinformationen erfasst werden. Nun will die ESA bis 2021 mit einem neuartigen Laser-System erstmals vertikale Windprofile erstellen und so hochgenaue Daten zu globalen Windfeldern in der Atmosphäre erheben.

Wir kennen das Bild aus dem Wetterbericht: Im Satellitenfilm sind Wolkenformationen und andere Informationen zu erkennen, die für unser Wetter eine entscheidende Rolle spielen. Bislang werden aber keine direkten Windinformationen erfasst.

Mit "Aeolus", dem nach dem griechischen Windgott benannten Satellit, soll sich das ändern: Die Mission der Europäischen Raumfahrtagentur 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.

Technologischer und wissenschaftlicher Durchbruch

Wissenschaftler und Meteorologen können aus diesen Daten wichtige Informationen für ein besseres Verständnis unserer Wettersysteme und des Klimas gewinnen. Der 1,4 Tonnen schwere Erdbeobachtungssatellit startet am 22. August 2018 an Bord einer europäischen VEGA-Trägerrakete vom ESA-Raumflughafen in Kourou (Französisch-Guyana) und umkreist nun die Erde in einer Höhe von 320 Kilometern. Der Start war ursprünglich für den 21. August vorgesehen, wurde aber wegen Höhenwinden um 24 Stunden verschoben.

Aeolus ist Bestandteil des "Living Planet"-Programms der ESA, bei dem Deutschland stärkster Partner und Beitragszahler ist. Die Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn steuert im Auftrag der Bundesregierung die deutschen ESA-Beiträge: "Mit der langjährigen und schwierigen Entwicklung dieses Lasersystems, das im ultravioletten, nicht sichtbaren Spektralbereich arbeitet, gelingt Europa ein technologischer und wissenschaftlicher Durchbruch", erklärt Dr. 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 (WMO) unterstützt", so Pelzer weiter.

Präzisere mittelfristige Vohersagen

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", verdeutlicht Dr. 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 (EZMW) wird die Aeolus-Daten verarbeiten und den europäischen Wetterdiensten zur Verfügung stellen. "Damit füllt Aeolus eine sehr wichtige Lücke", sagt Albrecht von Bargen.

"Aladin" basiert auf LIDAR-Technologie

Das Instrument Aladin (Atmospheric Laser Doppler Instrument) an Bord von Aeolus basiert auf der sogenannten LIDAR (Light Detection and Ranging)-Technik, also 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 dann die globalen Windprofile vom Boden bis in Höhen von 30 Kilometern ableiten", erläutert Dr. Oliver Reitebuch vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre in Oberpfaffenhofen, und ergänzt: "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 die Erfassung der Windgeschwindigkeit zu demonstrieren und zu testen. Nach dem Start von "Aeolus" wollen Oliver Reitebuch und seine Kollegen die flugzeugbasierten Messungen fortsetzen und den Satelliten unterfliegen, um die Genauigkeit der Windmessung zu validieren.

* Diesen Beitrag haben wir von unserem Partnerportal Elektronik-Praxis übernommen.

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