Fernerkundung – Radar

Fernerkundung mit Radar ist eine ideale Methode um den Ozean unabhängig von Tageslicht und Wetter zu untersuchen. Mehrere unterschiedliche Arten von Radarsystemen werden am Institut für Küstenforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht verwendet. Sie werden auf einer Vielzahl von Plattformen eingesetzt: vom Weltraum aus, von der Küste, auf Schiffen, sowie offshore.

Diese Systeme ermöglichen es uns, Winde an der Ozeanoberfläche, sowie Muster von Wellen und Meeresströmungen in einer räumlichen Auflösung von Metern bis zu Hunderten von Kilometern zu überwachen. Radarmessungen nützen die Rückstreuung von der Meeresoberfläche aufgrund deren Rauigkeit im Bereich der elektromagnetischen Wellenlängen des Radars. Da die Oberflächenrauigkeit mit Oberflächenwinden, Wellen und Strömungen in enger Beziehung steht, können diese Parameter von den Radarmessungen abgeleitet werden.

Ein hochaufgelöstes Strömungsfeld, gemessen von einem Dopplerradar (Radar Doppler Current Profiler) vor der Küste von Sylt. Die untergelegte Bathymetrie wurde mit Daten von einem Fächerecholot erzeugt.

Zur Beobachtung der Meeresoberfläche über kurze Entfernungen (< 2 km) mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung werden landgestützte Mikrowellenradare (X-Band, 9,4 GHz) eingesetzt. Diese Systeme messen die Oberflächenrauigkeit, die sowohl für die Berechnung von Informationen über Oberflächenwinde, -wellen und –strömungen, als auch für die Bathymetrie in Flachwassergebieten verwendet werden kann.

Radar Fig2

Von HF-Radarmessungen abgeleitetes Strömungsfeld am 5. Januar 2014 um 4:19 Uhr (UTC) in der Deutschen Bucht.

In Gegensatz zum X-Band breiten sich Radarwellen im Hochfrequenzband (HF-Band, 3-30 MHz) entlang der Grenzfläche von Luft und Wasser aus. Dadurch kann das Signal das Meer hinter dem Horizont mit einer Abdeckung von mehr als 150 km, bei grober räumlicher Auflösung, erkunden. Drei HF-Radarstationen werden als Teil von COSYNA entlang der deutschen Nordseeküste betrieben und sammeln Daten im prä-operationellen Betrieb. Alle 20 Minuten werden die Radardaten nahezu in Echtzeit in Wellen- und Strömungsfelder mit einer räumlichen Auflösung von 2 km umgewandelt.

Für großräumige Beobachtungen hat das HZG Algorithmen entwickelt, um hochaufgelöste Oberflächenwinde von satellitengestützten Radarsystemen mit synthetischer Apertur zu erhalten. Die resultierenden Windkarten bieten einen momentanen Blick auf einen bis zu 500 km breiten Streifen entlang der Umlaufbahn des Satelliten mit einer Auflösung von bis zu 100 Metern.

Parameter

Windgeschwindigkeit
Windrichtung
Wellenhöhe
Wellenperiode
Strömungsgeschwindigkeit
Strömungsrichtung
Bathymetrie