Killeralgen und Monsterwellen

Transkript

1 DLR Tag der offenen Tür 2004 DLR Oberpfaffenhofen Killeralgen und Monsterwellen - Fernerkundung von Ozeanen, Küsten- und Binnengewässern - Dr. Andreas Neumann Abteilung Gewässerfernerkundung Berlin und Oberpfaffenhofen

2 DLR Ozeane - Das größte Ökosystem der Erde

3 DLR Warum interessieren uns die Ozeane? Die Ozeane sind das größte Ökosystem der Erde, wirken entscheidend in den globalen Kreisläufen (H 2 O, CO 2, Temperatur) und damit im Klimasystem Küstenzonen sind hochdynamische Ökosysteme: 4 am dichtesten besiedelter Lebensraum, ca. 70% der Weltbevölkerung leben in Küstenzonen 4 Hauptteil der menschlichen Aktivitäten und damit der antropogenen Umweltbeeinflussung erfolgt in Shelf- und Küstengebieten 4 essentiell für die Wirtschaft: Fischfang, Bodenschätze, Verkehr, Windenergie, Tourismus,... 4 höchste Bioproduktivität, essentiell für marine Biodiversität 4 Schnittstelle für Stoffflüsse 4 quantitative Bedeutung für globale Kreisläufe vielfach noch nicht verstanden Die Binnengewässer sind empfindliche Indikatoren für den Umweltzustand, entscheidend als Frischwasserreserven und eine essentielle Naturressource

4 DLR Welche Parameter interessieren und warum? Was? Warum? Wie? Temperatur Einfluss auf das Klima (global) Einfluss auf das Wetter (regional) Wesentlicher Faktor für biologisches Wachstum Infrarot- Sensoren Wind Seegang und Wellen Wesentlicher Antrieb für Prozesse wie z.b. - Wellen und Seegang - Durchmischung von Wasserschichten - Strömungen - Stofftransport Gefahrenquelle für die Schifffahrt Durchmischung von Wasserschichten Stofftransport Gefahrenquelle für die Schifffahrt Radar-Sensoren Radar-Sensoren

5 DLR Welche Parameter interessieren und warum? Was? Warum? Wie? Phytoplankton Beginn der marinen Nahrungskette, Grundlage für Fischwachstum Indikator für biologischen und ökologischen Zustand Quelle und Senke für Kohlendioxid Gefährliche (toxische) Algenblüten Optische Sensoren Schwebstoffe und gelöste Substanzen Eisbedeckung Aerosole Sedimentation Schadstofftransport ökologischer Zustand Einfluss auf Klima und Wetter Indikator für Klima-Veränderungen Gefahrenquelle für die Schifffahrt Strahlungsbilanz Aerosole/Luftverschmutzung Störfaktor für die Fernerkundung Optische Sensoren Optische und Radar-Sensoren Optische Sensoren

6 DLR Was sehen wir vom Satelliten aus? Thermische Strahlung der Wasseroberfläche Strukturen (Rauhigkeit, Wellen) an der Wasseroberfläche Lichtreflexionen an der Wasseroberfläche Rückstreuung von Radarsignalen von der Wasseroberfläche Wasserfarbe auf Grund von Streuung und Absorption des Lichtes im Wasser und durch Wasserinhaltsstoffe Rückstreuung des Lichtes vom Untergrund im Flachwasser Rückstreuung des Lichtes von Landoberflächen Küstenlinie, Land-Wasser-Grenze Eisbedeckung Lichtstreuung an Teilchen in der Atmosphäre (Luftverschmutzung)

7 DLR Beispiel: Wasserfarbe Die Farbe trägt Information über die Inhaltsstoffe Quantifizierung der Stoffe im Wasser, z.b.: Chlorophyll als Maß für Phytoplankton suspendiertes anorganisches Material gelöste organische Substanzen als Grundlage zur Beurteilung der Wasserqualität und Rolle im CO 2 -Kreislauf Quelle: Süddeutsche Zeitung, Magazin Nr. 27, , Fotos: Peter Schanz

8 DLR Das Schwarze Meer ist nicht schwarz...

9 DLR Die Nordsee ist nicht nur blau...

10 DLR... aber der Gelbe Fluß ist wirklich gelb.

11 DLR Beispiel: Radar (SAR) Auf optischen Satellitendaten sind häufig Wolken sichtbar und verdecken die gewünschte Information. Radarstrahlen durchdringen die Wolken. Daten erhält man daher bei fast jedem Wetter, sowie tageszeitenunabhängig.

12 DLR 100 km Teneriffa Wind macht Wellen km

13 DLR... und aus den Wellen erkennen wir den Wind 20 ms -1 RADARSAT ScanSAR Aufnahme des Hurricane Floyd Sep. 15, 1999

14 DLR Das Instrumentarium der Fernerkundung Geostationäre Satelliten für den globalen Überblick mit geringer räumlicher, aber hoher zeitlicher Auflösung Polar umlaufende Satelliten für den globalen Überblick und regionale Fragestellungen mit hoher räumlicher, aber geringer zeitlicher Auflösung Flugzeuge für lokale und regionale Fragestellungen mit sehr hoher räumlicher, aber geringer zeitlicher Auflösung Optische Instrumente (Radiometer, Spektrometer) für die Farbvermessung, Radarinstrumente für Wind und Wellen und Infrarotsensoren für die Temperatur Im folgenden mehr Details zur optischen und Radarfernerkundung

15 DLR Die Flotte von Satelliten Europäischer Fernerkundungs- Satellit ERS-2 (ESA) SeaWiFS (NASA/Orbital Sciences Corp.) außerdem: NOAA (USA) IRS-P4 (Indien) RadarSat (Kanada) Terra und Aqua (NASA)

16 DLR Der europäische Umweltsatellit ENVISAT AATSR - Advanced Along Track Scanning Radiometer zur Messung der Oberflächentemperatur als Schlüsselparameter der globalen Erwärmung MERIS - Medium Resolution Imaging Spectrometer Messungen zur ozeanischen Biologie, marinen Wasserqualität, Vegetation, Wolken und atmosphärischem Wasserdampf ASAR - Advanced Synthetic Appertur Radar Messungen von meteo-marinen Parametern, Eisbedeckung, Hochwassern und Vegetation MERIS GOMOS MIPAS RA-2 LRR AATSR SCIAMACHY DORIS MWR ASAR

17 DLR Der europäische Umweltsatellit ENVISAT

18 DLR Forschungs- und Überwachungsflugzeuge

19 DLR Wie wird die Erdoberfläche aufgenommen?

20 DLR Wie wird die Erdoberfläche aufgenommen?

21 DLR Der Radarblick aus dem All

22 DLR Der Radarblick aus dem All

23 K i l l e r a l g e n?! DLR Algen (Phytoplankton) sind ein natürlicher und unverzichtbarer Bestandteil von Gewässern Sie sind der Anfangspunkt der Nahrungskette und der Beginn des Lebens Algen an sich sind zunächst nicht schädlich oder gar Killer Ausnahmen: 4 extrem hohe Konzentrationen ( Algenteppiche, Eutrophierung) 4 invasive Spezies, die das biologische Gleichgewicht gefährden 4 spezielle toxische Arten, die Fischsterben verursachen oder zu Gesundheitsschäden führen können

24 DLR Der Blick ins Wasser Image: NASA -SeaWiFS Globale Verteilung der Phytoplankton-Konzentration

25 DLR Der Blick ins Wasser Baualgen in der Ostsee, Aufnahme von WiFS/IRS-P3

26 DLR Der Blick ins Wasser Blaualgen in der Ostsee Aufnahmen von MOS (links) und MODIS (rechts) am 17. Juli 2002 Farbkomposit

27 DLR Der Blick ins Wasser Blaualgen in der Ostsee Aufnahmen von MOS (links) und MODIS (rechts) am 17. Juli 2002 abgeleitete Schwebstoff- Konzentation 0 b s (550)nm 5

28 DLR Der Blick ins Wasser ENVISAT-MERIS: Mittlere Phytoplanktonkonzentration in der Ostsee, Mai-August 2004

29 DLR Der Blick ins Wasser Kartierung der Unterwasservegetation im Bodensee (Insel Reichenau, ) Grundnahe Vegetation Oberflächennahe Vegetation unbewachsener Seegrund

30 M o n s t e r w e l l e n?! DLR Trifft der Seegang auf eine Strömung wie den Golfstrom oder die Algulhas-Strömung südlich von Afrika, können sich aufgrund von Interferenzen einzelne Extremwellen bilden...

31 DLR Monsterwellen?

32 DLR Monsterwellen? Diese einzelnen Freakwaves sind besonders gefährlich, da sie auch große Schiffe beschädigen oder gar zum Sinken bringen können...

33 DLR Die bewegte Oberfläche Identifikation von Wellengruppen in SAR-Daten Intensity [db] x[m]

34 DLR Die bewegte Oberfläche Seegang im Atlantik

35 DLR Die bewegte Oberfläche Schiffsunfälle weltweit

36 DLR Die bewegte Oberfläche (m) abgeleitet aus ERS-Daten für 3 Wochen während des Winters auf der Südhemisphäre

37 DLR Die bewegte Oberfläche SAR-Beobachtung einer Extremwelle 400 m 25 m H max /H s = m

38 DLR Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dank an die Kollegen der Abteilung MF-GW: Birgit Gerasch, Sabine Thiemann, Kerstin Ebert, Harald Krawczyk, Thomas Walzel, Peter Gege, Thomas Heege, Andreas Albert, Johannes Schulz- Stellenfleth, Thomas König, Andreas Niedermeier, Tobias Schneidehan sowie der GKSS: W. Rosenthal, J. Horstmann Unter Verwendung von Material von ESA und NASA