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Группа авторов. Satellitenmeteorologie
Inhaltsverzeichnis
Über die Autoren
Impressum
Vorwort
1 Was bedeutet Satellitenmeteorologie? 1.1 Motivation für satellitengestützte Fernerkundung
1.2 Sprache und Namen
1.3 Grundlagen
1.3.1 Vorteile der Satellitenmeteorologie
1.3.2 Probleme der Satellitenmeteorologie
1.3.3 Kalibration und Validation
1.4 Beispiele meteorologischer Fernerkundung. 1.4.1 Information aus einem Kanal
1.4.2 Information aus der Kombination mehrerer Messungen
1.5 Vom gemessenen Signal zur gesuchten Information
2 Licht und andere elektromagnetische Strahlung. 2.1 Grundlagen
2.1.1 Farbe, Wellenlänge und Frequenz: Eigenschaften der Strahlung
2.1.2 Emission, Absorption und Streuung
2.1.3 Strahlen und andere Strahlungsgrößen
2.2 Die Gesetze von Planck und Kollegen. 2.2.1 Plancksches Strahlungsgesetz
2.2.2 Die Wellenlänge maximaler Strahlung und das Rayleigh-Jeans-Gesetz
2.2.3 Stefan-Boltzmann-Gesetz
2.2.4 Wie gehören Emission und Reflexion zusammen?
2.3 Woher kommt die Strahlung, die bei der Satellitenmeteorologie genutzt wird?
2.3.1 Strahlung von der Sonne
2.3.2 Strahlung von der Erde
2.3.3 Strahlung von Lasern und Mikrowellensendern
3 Was passiert mit der Strahlung bis zum Signal am Satelliten?
3.1 Extinktionsgesetz. 3.1.1 Extinktionskoeffizient und Transmission
3.1.2 Absorptions- und Streukoeffizient
3.2 Strahlungstransportgleichung. 3.2.1 Strahlung mit Schwächung und Verstärkung
3.2.2 Was trägt alles zum Signal am Satelliten bei?
3.2.3 Lösung der Strahlungstransportgleichung
3.3 Streuung und Teilcheneigenschaften. 3.3.1 Teilchengröße und Wellenlänge
3.3.2 Streutheorien
3.3.3 Streufunktion
3.4 Was passiert in der Atmosphäre und am Boden?
3.4.1 Eigenschaften im solaren Spektralbereich
3.4.2 Strahlungstransport im solaren Spektralbereich
3.4.3 Eigenschaften im terrestrischen Spektralbereich
3.4.4 Strahlungstransport im terrestrischen Spektralbereich
3.4.5 Eigenschaften im Mikrowellenbereich
3.4.6 Strahlungstransport im Mikrowellenbereich
4 Wie fliegt ein Satellit? Wie wird ein Signal gemessen und genutzt?
4.1 Umlaufbahnen: Orbits. 4.1.1 Zur Physik, die alles bestimmt
4.1.2 Geostationäre Satelliten
4.1.3 Polarumlaufende Satelliten
4.2 Wie blickt ein Sensor? Beobachtungsgeometrien
4.2.1 Nadirsondierung
GEO-Satelliten
LEO-Satelliten
Sondierung mit aktiven Systemen
4.2.2 Okkultation und Horizontsondierung
4.3 Radiometereigenschaften. 4.3.1 Aufbau
4.3.2 Am Detektor verfügbare Energie
4.4 Wie wird das Signal genutzt?
4.4.1 Kombination unterschiedlicher Information
4.4.2 Vegetationsindex und Ozeanfarbe
4.4.3 Vertikalprofil mittels spektraler Messungen
4.4.4 Vertikalinformation mittels Laufzeit
4.4.5 Doppler-Effekt
4.4.6 Winkel, Polarisation und Abstand
4.4.7 Mischungsregel
5 Temperatur
5.1 Einleitung
5.2 Methoden. 5.2.1 Grundsätzliches
5.2.2 Bodentemperatur
5.2.3 Landoberflächentemperatur LST
5.2.4 Meeresoberflächentemperatur SST
5.2.5 Validation
5.2.6 Lufttemperatur
5.3 Anwendung
5.3.1 Landoberflächentemperatur
5.3.2 Meeresoberflächentemperatur
5.3.3 Weitere Anwendungen
6 Wolken
6.1 Die Bedeutung der Wolken. 6.1.1 Der Einfluss der Wolken auf Strahlungsbilanz und Klima
6.1.2 Die Doppelrolle der Wolken in der Fernerkundung
6.2 Methodik der Fernerkundung von Wolken
6.2.1 Die physikalischen Eigenschaften von Wolken
6.2.2 Systematik der makro- und mikrophysikalischen Wolkenparameter
6.2.3 Qualitative Wolkenerkennung: Die Identifikation von Wolken in Satellitendaten
6.2.4 Quantitative Ableitung makrophysikalischer Wolkenparameter
6.2.5 Quantitative Ableitung mikrophysikalischer Wolkenparameter
6.2.6 Methodenübersicht zur Wolkenanalyse aus Satellitendaten
Sensoren mit mittlerer räumlicher Auflösung:
Sensoren mit einer relativ geringen räumlichen aber hohen spektralen Auflösung:
Sensoren mit einer hohen räumlichen Auflösung:
6.2.7 Validation der Wolkenfernerkundung
6.3 Anwendungsbeispiele
6.3.1 Zeitreihen von Wolkenparametern und Klimatologien aus Satellitendaten
6.3.2 Wolkenfernerkundung für Wetter und Klima
6.3.3 Beispiel einer Wolkenanalyse aus GOME2-Daten
6.3.4 Beispiel für die Wolkenerkennung in Daten von Landnutzungssatelliten
7 Niederschlag. 7.1 Einleitung
7.2 Methodik
7.2.1 Strahlungstransportmodellierung
7.2.2 Sichtbar/Infrarot
7.2.3 Mikrowellen
7.2.4 Kombinierte Methoden
7.2.5 Validation
7.3 Einige Ergebnisse
8 Wind
8.1 Das Windfeld in der Atmosphäre
8.2 Methodik
8.2.1 Bewegung von Wolken und Wasserdampfstrukturen
Auswahl und Bestimmung des Verschiebungsvektors
Höhenzuordnung
Qualitätsindikator
8.2.2 Rauigkeit der Ozeanoberfläche
Rückstreuung von Mikrowellen an der Meeresoberfläche
Emission von Mikrowellen von der Ozeanoberfläche
8.2.3 Doppler-Verfahren für Windprofile
Doppler-Effekt bei Emission von Strahlung
Doppler-Effekt bei Rückstreuung von Laserstrahlung
8.3 Anwendungen. 8.3.1 Wettervorhersage und Hurrikans
8.3.2 Klimatologie hoher Windgeschwindigkeiten im Nordatlantik
8.3.3 Windklimatologien als Basis für die Nutzung der Windenergie
9 Aerosol. 9.1 Einleitung
9.2 Passive Methoden zur Aerosolfernerkundung. 9.2.1 Grundlagen
9.2.2 Gängige Algorithmen
9.2.3 Validation
9.3 Aktive Methoden zur Aerosolfernerkundung. 9.3.1 Grundlagen
9.3.2 Missionen und Ergebnisse
9.4 Anwendungen. 9.4.1 Räumliche und zeitliche Variation der AOD
9.4.2 Komponenten des Aerosols
9.4.3 Feinstaub
9.4.4 Aerosol als Störgröße
10 Spurengase. 10.1 Einführung
10.2 Methoden. 10.2.1 Die Messaufgabe
10.2.2 Die Messgeometrie
10.2.3 Das Spektrum in der Atmosphäre und dessen Nutzung
Ultravioletter (UV) und sichtbarer (VIS) Spektralbereich
Infraroter Spektralbereich
Mikrowellenbereich
Aktive Methoden
10.3 Satellitenmissionen mit Spurengassondierungen
10.4 Ergebnisse. 10.4.1 Ergebnisse zur Luftverschmutzung
10.4.2 Ergebnisse zur Klimaforschung
10.4.3. Ergebnisse zur stratosphärischen Ozonforschung
10.4.4 Sonstige Forschungsgebiete
10.5 Genauigkeit und Validation der Satellitenmessungen
11 Eis und Schnee. 11.1 Einleitung
Schnee
Landeis
Meereis
11.2 Technologien und Methoden
11.2.1 Optische und thermische Sensoren
11.2.2 Mikrowellen-Radiometer
11.2.3 Beispiel zur Datenauswertung: Meereiskonzentration
11.2.4 Laseraltimeter
11.2.5 Radaraltimeter
11.2.6 Beispiel zur Datenauswertung: Meereisdicke
11.2.7 Scatterometer
11.2.8 Abbildendes Radar (RAR und SAR)
11.2.9 Interferometrie als spezielles Auswerteverfahren für SAR-Daten
11.2.10 SAR-Interferometrisches Radaraltimeter
11.3 Beispiele zu Anwendungen und Ergebnissen
11.3.1 Ausdehnung schneebedeckter Gebiete
11.3.2 Albedomessungen
11.3.3 Meereisausdehnung und -konzentration
11.3.4 Meereisdrift
11.3.5 Meereisdicke
11.3.6 Meereisklassifizierung
11.3.7 Topographie der Eisschilde und Fließbewegung der Ausflussgletscher
11.3.8 Schmelzgebiete auf den Eisschilden
11.3.9 Schneeakkumulation auf den Eisschilden
11.3.10 Schelfeis- und Gletscherabbrüche
12 Strahlung. 12.1 Einleitung
12.2 Erfassung der Strahlungskomponenten am Oberrand der Atmosphäre. 12.2.1 Grundlagen
12.2.2 Methodik
12.2.3 Anisotropie-Korrektur, Kalibration und Satelliten-Missionen
12.3 Solare Einstrahlung am Erdboden. 12.3.1 Methodik
12.3.2 LUT-Verfahren
12.3.3 Heliosat-Verfahren
12.3.4 Validation
12.4 Thermische Einstrahlung an der Erdoberfläche. 12.4.1 Methodik
12.4.2 Das Verfahren von Gupta
12.5 Anwendungen und Diskussion. 12.5.1 Strahlungshaushalt der Erde
12.5.2 Solare Einstrahlung am Erdboden
12.5.3 Validation von modellbasierten Strahlungs-Klimamodellen
12.5.4 EUMETSAT’s CM SAF
13 Meteorologische Satelliten und Sensoren
13.1 Meteorologische Satelliten
13.2 Chronik meteorologischer Satelliten
13.2.1 Geostationäre Satelliten
13.2.2 Satelliten auf niedriger Flugbahn
13.2.3 Forschungssatelliten
13.3 Gegenwärtige Satelliten
13.3.1 Geostationäre Satelliten. Europa
USA
Japan
China
Indien
Korea
13.3.2 Satelliten auf niedriger Flugbahn. Europa
USA
Russland
China
13.3.3 Forschungssatelliten. Das Train-Prinzip
Europa
USA
Japan
China
Indien
13.4 Instrumente. 13.4.1 Typen
13.4.2 Eingesetzte Instrumente
13.5 Zukünftige meteorologische Satelliten und Sensoren
Tabellen zu Kapitel 13. Satelliten
Sensoren4
Literaturverzeichnis. Zitierte Literatur
Weiterführende Literatur. Fernerkundung
Strahlung und Strahlungseigenschaften
Meteorologie und Klimatologie
Webseiten. Satellitenmeteorologie (Grundlagen)
Satelliten und Sensoren, Organisationen und Institute
Retrievalverfahren (inkl. Validation)
Abgeleitete Produkte (Daten, Bilder, Zeitreihen etc.)
Spezialthemen meteorologischer Fernerkundung
Akronyme
