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Garmisch-Partenkirchen und die Satelliten

04.08.2005 - (idw) Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft

10 Jahre Ground-Truthing-Center "Zugspitze/Garmisch"

Vor zehn Jahren wurde vom Institut für Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU) in Garmisch-Partenkirchen, das seit 2002 zum Forschungszentrum Karlsruhe gehört, das Ground-Truthing-Center "Zugspitze/Garmisch" aufgebaut. Ein solches Ground-Truthing-Center ist notwendig, um Messinstrumente, die auf Satelliten die Erde umkreisen, zu kalibrieren, mögliche zeitliche Veränderungen zu erkennen und Langzeitmessreihen über verschiedene Satelliten-Generationen zu ermöglichen. Seit der Gründung erweiterte das IMK-IFU die Instrumentierung mit bodengebundenen Fernerkundungsverfahren auf der Zugspitze (2964 m), dem Schneefernerhaus (2650 m) sowie im Institut in Garmisch-Partenkirchen (734 m) und baute es in Zusammenarbeit mit der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, der Europäischen Kommission, dem Freistaat Bayern, dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), sowie den Weltraumorganisationen ESA, EUMETSAT und NASA zu einem permanenten Ground-Truthing-Center aus. Mit dem Ground-Truthing-Center "Zugspitze/Garmisch" ist ein international führender Standort für die Satellitenvalidierung entstanden, der eine ausgezeichnete Position in dem in der Entstehung befindlichen globalen Messnetz zur Validierung von Satellitenmessungen einnimmt. Darüber hinaus werden die an diesem Ground-Truthing-Center erzielten Ergebnisse in Verbindung mit Modellierungsaktivitäten zur Erstellung höherwertiger Datenprodukte genutzt. Die optische Fernsondierung der Erdatmosphäre von Satellitenplattformen wird zunehmend in Forschung und Technik sowie für die Umweltüberwachung eingesetzt. Populäres Beispiel sind die Wettersatelliten, mit denen die Zuverlässigkeit der Wetterprognose signifikant verbessert worden ist. Hinzu kommen Satelliten-Messungen von atmosphärischen Parametern beispielsweise mit dem MIPAS-Verfahren, das am Forschungszentrum Karlsruhe entwickelt wurde und seit dem Jahr 2002 auf dem Umweltsatelliten ENVISAT im Einsatz ist.

Die Akzeptanz und Nutzung der Daten aus Satellitenmessungen setzt eine international harmonisierte Qualitätssicherung voraus, auf deren Basis mögliche Langzeit-Drifts der Sensoren (etwa durch Degradation optischer Komponenten) erkannt sowie regelmäßige Evaluierungen der Auswertealgorithmen und die "Interkalibrierung" zwischen den einzelnen jeweils auf nur wenige Jahre beschränkten Satellitenmissionen ermöglicht werden sollen. Dementsprechend fordert die CEOS-WGCV ("Committee of Earth Observing Satellites - Working Group Calibration/Validation") der World Meteorological Organization (WMO) von den Satellitenbetreibern eine sich über die gesamte Lebensdauer der Sensoren erstreckende und international koordinierte Validierung. Daraus leitet sich die Notwendigkeit von permanenten Ground-Truthing-Stationen ab, an denen mit höchster Genauigkeit und erhöhter Operationalität kontinuierlich die Säulengehalte und Vertikalverteilungen relevanter Spurenstoffe gemessen werden.

Ein derartiges permanentes Ground-Truthing-Center wurde durch das IMK-IFU vor 10 Jahren unter Nutzung der Stationen auf der Zugspitze, dem Schneefernerhaus und in Garmisch mit Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, der Europäischen Kommission, dem Freistaat Bayern, dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), sowie den Weltraumbehörden ESA, EUMETSAT und NASA eingerichtet und durch die Installation weiterer bodengebundener Fernerkundungsverfahren (unter anderem FTIR, LIDAR) zur Erfassung wichtiger atmosphärischer Parameter, beispielsweise des Wasserdampfs, in der Atmosphäre kontinuierlich erweitert. Mit dem Ground-Truthing-Center "Zugspitze/Garmisch" ist ein international führender und in vieler Hinsicht einmaliger Standort für die Satellitenvalidierung entstanden, der zudem eine hervorragende Position in dem in der Entstehung befindlichen globalen Validierungsmessnetz einnimmt.

Der betriebene Aufwand hat sich bereits gelohnt und bei verschiedenen Validierungsaktivitäten (unter anderem für die Satelliten MAPS, SAGE, GOME, MOPITT, AIRS) sichtbare Erfolge gebracht. Eine große Herausforderung ist derzeit die Validierung des europäischen Umweltsatelliten ENVISAT. Im Vergleich mit anderen, an dieser Validierung beteiligten internationalen Stationen dokumentierte sich die führende Operationalität des durch das IMK-IFU betriebenen Ground-Truthing-Center. Validierungen künftiger Satelliten-Missionen wie ACE und EPS/MetOp werden zurzeit vorbereitet.

Über die Validierungsaufgabe hinaus ist für die Zukunft vorgesehen, durch synergistische Verbindung die mit Satelliten und bodengebundenen Verfahren erzielten Ergebnisse zu höherwertigen Produkten zusammenzufassen. Ein erstes Beispiel hierfür ist das in Zusammenarbeit mit der Universität Bremen entwickelte Verfahren zur Quantifizierung von "Hot-Spots" wichtiger Spurenstoffe (unter anderem Stickoxide) in der Troposphäre, zum Beispiel aus Fabrikanlagen.


Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.

Joachim Hoffmann 3. August 2005

Die Farbfotos senden wir Ihnen auf Wunsch gerne zu (Telefon 07247 82-2861).

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