Mit der Fernerkundung von Wolken verfolgen wir am Institut für Physik der Atmosphäre das Ziel, den Einfluss von Wolken auf Klima und Chemie der Atmosphäre besser zu verstehen, sowie globale Modelle zu validieren. Nach dem Bericht des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) bilden Wolken und ihr Einfluss auf die Strahlungsbilanz nach wie vor die größte Unsicherheit im gegenwärtigen Verständnis des Klimasystems.
Bei der passiven Satellitenfernerkundung nutzt man die in der Atmosphäre oder an der Oberfläche der Erde gestreute bzw. reflektierte Sonnenstrahlung oder die vom Boden oder der Atmosphäre emittierte thermische Strahlung, um Eigenschaften des Bodens oder der Atmosphäre abzuleiten. Am Institut für Physik der Atmosphäre beschäftigen wir uns vor allem mit der Fernerkundung von Wasser- und Eiswolken sowie von Kondensstreifen. Wolken sind in Satellitenbeobachtungen daran zu erkennen, dass sie üblicherweise mehr Strahlung reflektieren als der Boden und daher heller erscheinen. Die Abbildung zeigt eine Aufnahme von ERS-2/ATSR-2 am 23. März 2003 westlich von Chile. Im sichtbaren bzw. nah-infraroten Kanal (0.87 Mikrometer, oben) erkennt man deutlich die typischen Strukturen mariner Stratocumulusbewölkung. Im thermischen Infrarotbereich sind Wolken praktisch "undurchsichtig" und zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Helligkeitstemperatur geringer ist als die des Bodens. Im unteren Bild (thermisch, 10.8 Mikrometer) fallen daher vor allem die hohen kalten Cirruswolken im linken oberen Bereich auf, die im sichtbaren Kanal wegen ihrer geringen optischen Dicke nahezu unsichtbar sind. Durch geschickte Kombination verschiedener Spektralkanäle lassen sich Wolken mit hoher Sicherheit erkennen. Darüber hinaus kann man durch Vergleich der gemessenen Reflektivitäten und Helligkeitstemperaturen mit Strahlungstransportrechnungen optische und mikrophysikalische Eigenschaften der erkannten Wolken bestimmen, unter anderem optische Dicke, Flüssig- bzw. Eiswassergehalt, sowie effektive Tröpfchen- bzw. Partikelgrößen.
Unsere Hauptwerkzeuge zur Fernerkundung sind:
Unsere Untersuchungen konzentrieren sich auf die Entwicklung und Anwendung von Wolkenfernerkundungsverfahren für Meteosat Second Generation (MSG/SEVIRI) und ENVISAT/AATSR. Aktuell beschäftigen wir uns mit Verfahren, welche zur Bestimmung optischer Wolkenparameter aktive Instrumente (CALIPSO/CALIOP) mit passiven Instrumenten (MSG/SEVIRI) kombinieren. Eine Validierung der Fernerkundungsverfahren erfolgt unter anderem mit simulierten Satellitenstrahldichten mit libRadtran oder dem 3-d Strahlungstransportmodell MYSTIC, denen wiederum realitätsnahe Wolkenfelder aus dem Vorhersagemodell COSMO-EU oder COSMO-DE des DWD zugrunde liegen.