Measurements from space

The Sentinel-6 satellite is in low Earth orbit to accurately measure sea level, wind speed and even wave height. It plays a crucial role in understanding climate change and its impact on the maritime economy.

Der Ozeanüberwachungssatellit Copernicus Sentinel-6 „Michael Freilich“ umkreist den Planeten derzeit in einer Höhe von 1336 Kilometern. Benannt wurde er nach einem Ozeanografen und ehemaligen Leiter der Geowissenschaftlichen Abteilung der Nasa. Seine Hauptaufgabe ist die hochpräzise Ozean-Höhenmessung, die wertvolle Information über die Topographie der Meeresoberfläche liefert, einschließlich des Meeresspiegels und der Wellenhöhe. Der auf dem neuesten technologischen Stand befindliche Satellit wurde im November 2020 in die Erdumlaufbahn gesetzt. Er spielt eine äußerst wichtige Rolle bei der Überwachung und bei der Vorbereitung auf die Auswirkungen des Klimawandels, insbesondere des Anstiegs des Meeresspiegels. Die vom Satelliten gesammelten Daten werden auch in meteorologische Modelle integriert, die zur Verbesserung der Sicherheit und Effizienz in der maritimen Industrie beitragen können. [ds_preview]

Besseres Verständnis der Ozeane

ESA-Kontrollzentrum. Foto: Esa

Während sich die amerikanische Nasa und die Europäische Weltraumorganisation Esa die Kosten der Zehnjahres-Mission teilen, werden Daten von Sentinel-6 von der Europäischen Organisation für die Nutzung meteorologischer Satelliten (Eumetsat) gesammelt und verarbeitet.
Der Einsatz ist primär auf die Meere ausgerichtet. Die hierbei eingesetzte revolutionäre Technologie wird bis mindestens 2030 die genaueste Quelle für Beobachtungen der Meeresoberflächenhöhe, des mittleren Meeresspiegels, der Windgeschwindigkeit, der Wellenhöhe und der Ozeanzirkulation darstellen. Einige der Messungen werden durch die Verwendung elektromagnetischer Wellen (EMG-Wellen) gewonnen, die vom Satelliten ausgestrahlt werden. Hierzu zählen insbesondere Funkwellenimpulse, die von der Meeresoberfläche abprallen und deren Echo von den Sensoren des Satelliten erfasst werden.
„Die Elektromyografie kann beispielsweise genau messen, wie viel Zeit zwischen der Ausstrahlung der EMG-Wellen und der Erfassung der reflektierten Wellen vergeht“, erklärt Paolo Ruti, Chefwissenschaftler bei Eumetsat. „Diese Kenntnisse können verwertet werden, um den mittleren Meeresspiegel zu kartieren oder um die Ausmaße der sich bewegenden Meeresoberfläche zu extrapolieren. Daraus lässt sich die Stärke des Windes ableiten“, sagt Ruti.
Er fügt hinzu, dass Satelliten wie Sentinel-6 auch Daten über die Ozeantopografie, den atmosphärischen Druck und Meeresströmungen liefern. Diese Daten können in mathematische Modelle eingespeist werden, um vorherzusagen, was morgen – oder in zwei Wochen – passieren wird. „Diese Informationen sind wichtig, wenn Sie besser verstehen wollen, wie Meeresströmungen eine Ölpest verbreiten könnten oder wohin ein Schiff in Seenot gedriftet sein könnte“, sagt Ruti.
Satelliten stellen das einzige zuverlässige Mittel dar, um Windgeschwindigkeiten oder Wellenhöhen im Ozean systematisch zu überwachen. Hierdurch lässt sich die Präsenz gefährlich hoher Wellen, die die Schifffahrt beeinträchtigen könnten, ermitteln. „Man möchte keinen Riesentanker durch acht bis zehn Meter hohe Wellen fahren lassen“, erklärt Remko Scharroo, Projektwissenschaftler von Sentinel-6. „Die per Satellit gewonnenen Daten fungieren als Warn- und Qualitätsindikator.“
Es gibt weitere praktische Anwendungen. Mit der Radar-Höhenmessung können Meeresdynamik und globale Strömungen verfolgt und in Ozean- und Meteorologiemodelle integriert werden, die bei der Schiffsroutenführung helfen können. „Im Golfstrom entstehen zum Beispiel Wirbel mit bis zu 200 Kilometer Durchmesser. Wenn ein Schiff gegen den Strom läuft, dann verbraucht es mehr Energie und braucht mehr Zeit. Mit einer einfachen Kurskorrektur können Sie mit der Strömung fahren“, fügt Scharroo hinzu.

Veränderungen am Meeresspiegel

Die Mission Copernicus Sentinel-6 wird die einzigartige Aufzeichnung der Messung des Meeresspiegelanstiegs erweitern, die mit der zwischen 1992 und 2006 durchgeführten Mission Topex/Poseidon begann. In den vergangenen 27 Jahren ist der Meeresspiegel durchschnittlich um etwa 3,2 mm pro Jahr gestiegen. Dieser Anstieg ist jedoch nicht einheitlich und schwankt im Laufe der Zeit sowie in verschiedenen Regionen.
„Eine umfassende Überwachung des Planeten lässt erkennen, dass der Anstieg des Meeresspiegels in einigen Ozeanen durchschnittlich verlief, aber in einigen Regionen bis zu 20 Zentimeter mehr betrug. Satelliten verzeichnen ein Gesamtbild und lassen gleichzeitig regionale Unterschiede erkennen; es gibt keine einzige, überall anwendbare Zahl“, sagt Ruti. Die Gesamtentwicklung des Meerespiegels ist zwar positiv, doch bewirken die jährlichen Schwankungen, dass von Zeit zu Zeit auch negative Werte verzeichnet werden, fügt er hinzu.
Die Leugner des Klimawandels haben negative jährliche Schwankungen angeführt, um ihre Position zu begründen. Ruti erklärt jedoch, dass die kontinuierliche Satellitenüberwachung es ermöglicht, diese Variabilität besser zu begreifen. Als Beispiel nennt er El Niño, ein Klimaphänomen, das auftritt, wenn das Oberflächenwasser in den östlichen Tropengewässern des Pazifischen Ozeans ungewöhnlich warm wird.
„Zum Beispiel verändert El Niño sowohl die Temperatur des Ozeans als auch die Niederschlagsmuster, was bedeutet, dass weniger Regenwasser in den Ozean gelangt und mehr auf das Land, wo es dann zurückgehalten wird. Die regional gültigen Daten sind wichtig für Entscheidungsträger, die Schutzmaßnahmen gegen den steigenden Meeresspiegel erarbeiten müssen“, sagt Scharroo. „Sie wollen wissen, wie hoch die aktuelle Steigungsrate ist und vielleicht, ob es eine Beschleunigung oder eine Änderung geben wird, damit sie einen Hochwasserschutz bauen können, der 100 Jahre hält und nicht zu früh überholt ist. Dafür braucht man genaue Zahlen“, fügt er hinzu.

Kontinuierlicher Messbedarf

Bei der Überwachung des Klimawandels ist es für Wissenschaftler besonders wichtig zu wissen, wie viel Schmelzwasser von Gletschern und den beiden Polen kommt. Obwohl es spezialisierte Satelliten im Orbit gibt, die diese Daten liefern, bezweifelt Ruti, dass dies ausreicht. „Die Arktis wird nicht ihrem Stellenwert entsprechend überwacht, aber Eumetsat und Esa arbeiten daran, dies bei zukünftigen Missionen zu beheben“, sagt er.
Die Sensoren für diese künftigen Beobachtungssatelliten stehen noch nicht fest. Die technologische Entwicklung auf den einschlägigen Gebieten erfolgt jedoch immer schneller. „Man kann in wissenschaftlichen Zeitschriften von vor acht Jahren lesen, dass eine bestimmte Technologie nicht auf kleinen Satelliten eingesetzt werden kann. Heute fliegt die gleiche Technologie im All“, lacht Ruti.
Er betont den Vorteil der Erdbeobachtung per Satellit. „Wir verwalten ein operationelles System, bei dem Eumetsat an vorderster Front steht. Unsere Stärke ist, dass wir in jedem Jahr 24 Stunden am Tag messen", fügt er hinzu. Auf einen Nenner gebracht: ihre Arbeit ist einfach entscheidend für das Verständnis der Rolle der Ozeane beim Klimawandel.

Autor: Asa Butcher ist freier Autor und lebt in Finnland. Dieser Beitrag erschien ursprünglich in Wärtsilä Insights. Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von Wärtsilä. Übersetzung durch Sidney E. Dean.