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Blick für die Höhen und Tiefen

Das Prinzip der Satellitenaltimetrie

Vermessung der Meereshöhen durch Altimetrie, hier mit den Satelliten Topex/Poseidon © University of Colorado

Während die Satellitengravimetrie die Verteilung großer Massen auf der Erde erfasst, misst die Satellitenaltimetrie die Geometrie – die Senken und Erhebungen der Landschaft, des Ozeans oder des Eises. Das Messprinzip ist einfach: Der Satellit sendet einen Radarpuls nach unten, dieser wird beispielsweise an der Meeresoberfläche reflektiert und zum Satelliten zurückgeworfen. Wenn man die Satellitenbahn und vor allem seine Flughöhe genau kennt, zum Beispiel aus GPS-Messung, lässt sich aus der Laufzeit der Radarwellen die Höhe der Meeresoberfläche bestimmen. So wird ein Profil der Erde direkt unterhalb der Satellitenbahn abgestreift, die sogenannte Bodenspur.

Gezeiten, EL Nino und Co

Seit nunmehr drei Jahrzehnten kommt die Satellitenaltimetrie zum Einsatz. Eine amerikanisch-französische Zusammenarbeit hat dafür eine Generation von Altimeter-Missionen hervorgebracht mit Namen wie Topex/Poseidon oder Jason. Die Europäische Raumfahrtbehörde ESA nutzt Satelliten wie ERS und Envisat für solche Messungen. Im Rahmen des europäischen Erdbeobachtungsprogramms „Global Monitoring for Environment and Security“ (GMES) wird bald der Envisat-Nachfolger Sentinel-3 ins All starten.

Karte der Veränderungen des Meeresspiegels seit 1993 - gemessen per Satellit © NOAA

Die Satellitenaltimetrie wurde in erster Linie zur Beobachtung der Meeresoberfläche entwickelt. In der Ozeanografie hat sie daher auch große Erfolge vorzuweisen: Gezeitenmodelle konnten mit hoher Genauigkeit verfeinert werden, die globale Ozeanzirkulation und deren Änderungen werden kontinuierlich verfolgt, kleinräumigere Strukturen wie Wirbel oder Tsunamis werden erfasst, das El-Niño Phänomen konnte genauer erforscht werden, und so weiter.

Meeresspiegelanstieg konkret

Aber auch in der Klimaforschung ist der Meeresspiegel eine besonders wichtige Größe. Die Satellitenaltimetrie erlaubt ein langfristiges Monitoring der Meeresoberflächen mit hoher Genauigkeit und homogener räumlicher Abdeckung. Nur so können zuverlässig Schätzungen des Anstiegs ermittelt werden und beispielsweise in den Berichten des Weltklimarats IPCC eine tragende Rolle spielen. Die Altimeter-Messungen ermöglichen es beispielsweise, festzustellen, wo der Meeresspiegel steigt und wo er fällt.

Meeresspiegel-Veränderungen während eines El Nino, gemessen wurden sie mit dem ERS/Envisat-Satelliten der ESA © ESA

Wird die Meereshöhe über mehrere Jahre hindurch gemessen, lässt sich auch die Überlagerung von generellem Anstieg und Jahresgang gut erkennen und voneinander trennen. Zusätzlich gibt es aber auch sogenannte interannuelle Effekte, wie beispielsweise das El-Niño Phänomen, die den Meeresspiegel in bestimmten Regionen im Zyklus mehrerer Jahre schwanken lassen können. Die Daten der verschiedenen Altimetersatelliten geben aber hier, trotz Differenzen, ein konsistentes Bild.

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Nico Sneeuw, Mohammad J. Tourian, Balaji Devaraju / Universität Stuttgart
Stand: 06.09.2013

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Die Vermessung der Welt - aus dem All
Wie Satelliten bei Klimaforschung, Geophysik und Hydrologie helfen

Von der Triangulation zum Satelliten
Die Vermessung der Welt gestern und heute

Das Schwerefeld verrät's
Wie funktioniert die Satellitengravimetrie?

Orbit-Blick auf Wassermassen
Wie Satellitenmessungen Auskunft über Wasserverteilungen geben

Tauende Gletscher und bebende Erde
Nutzung von Schwerefeldmessungen für Klimaforschung und Co

Blick für die Höhen und Tiefen
Das Prinzip der Satellitenaltimetrie

Flüsse im Visier
Wie die Satellitenaltimetrie auch in der Hydrologie helfen kann

Die Zukunft
Was kommt nach GRACE und Co?

Diaschauen zum Thema

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