Satellitenmeteorologie

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1 Eidgenössisches Departement des Innern EDI Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz Satellitenmeteorologie EUMETSAT, ESA/Ducros Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz Vorlesung Grundlagen Fernerkundung, Universität Zürich, 15. April 2014

2 Eidgenössisches Departement des Innern EDI Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz Inhaltsverzeichnis Einleitung Geschichte Typen von meteorologischen Satelliten Von Meteosat First Generation zu Second Generation Anwendungen MeteoSchweiz Ausblick 2

3 Eidgenössisches Departement des Innern EDI Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz Einleitung Zu meiner Person Diplomarbeit: Niederschlagsabschätzung aus Satellitenbildern (Geographie UniZH + IAC ETHZ) Dissertation: Ground- and satellite-based multi-view determination of 3D cloud geometry (Prof. Grün, Inst. für Photogrammetrie und Fernerkundung, ETHZ) Visiting Advisor, MISR Science Team, NASA-JPL, Jul-Sep 2004 Visiting Scientist, Eumetsat, Apr 2004, Nov 2004 Research Scientist, ESA Earth Observation Directorate, Frascati, Mär 2005-Jan

4 Eidgenössisches Departement des Innern EDI Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweiz Einleitung Zu meiner Person Seit Februar 2006 bei MeteoSchweiz: Leiterin Internationale Zusammenarbeit Swiss GCOS Office Mitglied Schweizer UNFCCC Delegation Mitglied ESA Programme Board Earth Observation (PB-EO) Mitglied Schweiz. Kommission für Fernerkundung SKF 4

5 Geschichte 5

6 Geschichte Launch TIROS-I: 1 April 1960 Courtesy: NASA 6

7 Geschichte 7

8 Geschichte ESA Launch Meteosat-1: 23 Nov 1977 European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT): since 19 Jun 1986 (1 Jan 1987) 8

9 Geschichte Courtesy: WMO Space Programme 9

10 Typen von meteorologischen Satelliten polar-orbiting: - ca. 800 km Höhe - hohe räumliche Auflösung - Streifen - Abdeckung ganze Erde, inkl. Polarregionen geostationär: km Höhe - hohe zeitliche Auflösung - Erdhemisphäre 10

11 Geostationäre meteorologische Satelliten METEOSAT: GOES: 11

12 Geostationäre meteorologische Satelliten Meteosat satellites Meteosat-1 to -4 not in operation since 1979/ 1991/ 1995/ 1995 Meteosat-5 not in operation since 2007 Meteosat E, Indian Ocean Data Coverage (IODC) (Backup) Meteosat E, IODC Meteosat E, Operational Meteosat satellite (Backup), Rapid Scan Service (RSS; 5min) METEOSAT: Meteosat-9 0, Operational Meteosat satellite GOES: Meteosat-10 (MSG-3), Meteosat-11 (MSG-4) 12

13 Von Meteosat First Generation (MFG; bis Meteosat-7) zu Meteosat Second Generation (MSG; ab Meteosat-8) MFG (bis Meteosat-7) MSG (Meteosat-8, etc.) Frequency 30 min 15 min 13

14 Von MFG zu MSG V I S I R Meteosat-8 composite W V 14

15 Von MFG zu MSG MFG IR Channel ~ 5 km MFG VIS Channel ~ 2.5 km MSG: IMPROVED SPATIAL SAMPLING (Example: 4 December 2002, 12:30 UTC) MSG HRV channel ~ 1 km 15 Courtesy: EUMETSAT

16 Von MFG zu MSG 10:00 10:30 11:00 MFG VIS, 30 min sampling 10:00 10:15 10:30 10:45 11:00 MSG HRVIS, 15 min sampling MSG: IMPROVED TIME SAMPLING (Example: 8 June 2003) 16 Courtesy: EUMETSAT

17 Polar-orbiting meteorologische Satelliten NOAA Envisat Metop/EPS: Initial Joint Polar System (IJPS) EOS-Terra EOS-Aqua Metop-A launched on 19 October

18 Polar-orbiting meteorologische Satelliten NOAA Envisat Metop/EPS: Initial Joint Polar System (IJPS) ESA EOS-Terra Earth Explorer satellites SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) launched EOS-Aqua on 2 Nov Metop-A launched on 19 October 2006 Courtesy: ESA AOES Medialab 18

19 Sensoren NOAA: AVHRR, AMSU Envisat (ERS-2): MERIS, AATSR (ATSR2), GOMOS (GOME), SCIAMACHY Metop: AVHRR, IASI, GOME-2, AMSU EOS-Terra: MODIS, MISR, CERES, (ASTER), (MOPITT) EOS-Aqua: MODIS, CERES, AMSU, AIRS 19

20 Anwendungsbeispiel: Schnee Eumetsat Fellowship Projekt, ETHZ - Institut für Geodäsie und Photogrammetrie MeteoSchweiz Ziel: verbesserte Schneeanalyse als Input für das operationelle Wettervorhersagemodell almo (= alpines Lokalmodell) der MeteoSchweiz Nutzen der neuen Spektralkanäle (vs. Meteosat-7) und der hohen zeitlichen Auflösung (vs. NOAA AVHRR) von MSG Assimilation der Schneedaten ins operationelle almo: a) 7 km, b) 2.2 km Operational processing chain: seit Okt 2005 Operational use in NWP model COSMO: seit Nov 2006 Ruijter, Seiz and Gruen (RSE, 2007) 20

21 Spectral classification clouds snow classification result: UTC: white dark gray light gray black : snow : clouds : snow-free land : sea

22 Meteosat-8 (SEVIRI) vs. andere Sensoren Ruijter et al., 2007

23 Temporal classification? 23

24 Temporal classification? Use of high temporal resolution a) Temporal classification (image ± 2 images; 8 surrounding pixels) b) Reduction of cloud coverage by composite maps 24

25 Composite snow maps: Anwendungsbeispiel: Schnee reduces area that is obscured by clouds 1 image: , 10:57 UTC 24-hour period: :00 UTC :00 UTC spectral/temporal white dark gray light gray black spectral/temporal : snow : clouds : snow-free land : sea 25 Courtesy: Martijn De Ruijter de Wildt

26 Anwendungen MeteoSchweiz Eumetsat Satellite Application Facilities (SAF) Erweiterung der operationellen Eumetsat-Produkte 8 thematische SAFs dezentral MeteoSchweiz: - Climate-SAF (CM-SAF) 26

27 Ausblick Aktive Satellitensensoren: Calipso (Lidar), Cloudsat (Wolkenradar) gestartet am 28. April Courtesy: NASA

28 Cloudsat (Wolkenradar) 28 Courtesy: NASA/JPL/The Cooperative Institute for Research in the Atmosphere (CIRA), Colorado State University/NOAA

29 Cloudsat (Wolkenradar) 29 Courtesy: NASA/JPL/The Cooperative Institute for Research in the Atmosphere (CIRA), Colorado State University/NOAA

30 Ausblick Aktive Satellitensensoren: Calipso (Lidar), Cloudsat (Wolkenradar) gestartet am 28. April 2006 Meteosat Third Generation (MTG) 2 platforms, MTG-I (imager) and MTG-S (sounder) 3-axis-stabilised 10min (+ rapid scanning 2.5min) 500m+ resolution additional spectral channels launch in 2017 and 2019 Post-EPS (launch ~2020) ESA Earth Explorers (eg. ADM-Aeolus, EarthCare) and GMES Sentinels (in particular Sentinel-3, -4 and -5) Satellitenklimatologie Global Climate Observing System 30